趙青華，梅景遜

（1.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司安監(jiān)局；2.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司中馬村礦，河南　焦作　454150）

煤礦供電系統(tǒng)諧波治理研究與應(yīng)用

趙青華1，梅景遜2

（1.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司安監(jiān)局；2.河南能源化工集團(tuán)焦煤公司中馬村礦，河南焦作454150）

摘要：針對(duì)煤礦企業(yè)來(lái)講，諧波是供電系統(tǒng)最大的危害，借助電網(wǎng)在供電系統(tǒng)的一系列環(huán)節(jié)當(dāng)中工作，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓出現(xiàn)畸形改變，還能夠損害煤礦企業(yè)的電氣裝置。為此，本文闡述了煤礦企業(yè)供電系統(tǒng)治理諧波的策略，以及煤礦供電系統(tǒng)治理諧波的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：煤礦；供電系統(tǒng)；諧波；治理；應(yīng)用

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運(yùn)，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來(lái)越大。諧波給電力系統(tǒng)帶來(lái)的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。對(duì)于煤礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著礦井提升系統(tǒng)、井下絞車(chē)、通風(fēng)系統(tǒng)以及運(yùn)輸系統(tǒng)采用了變頻器驅(qū)動(dòng)后，異常情況的發(fā)生更加頻繁和嚴(yán)重。因此說(shuō)“諧波污染”已經(jīng)成為煤礦企業(yè)供電系統(tǒng)的公害之一，很有必要對(duì)煤礦供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行諧波治理，消除諧波對(duì)其他設(shè)備所產(chǎn)生的干擾。

1　煤礦供電系統(tǒng)中諧波的原因和危害

煤礦供電系統(tǒng)中的主要諧波源是含半導(dǎo)體的非線性元件，如為礦井提升機(jī)通風(fēng)機(jī)主排水泵帶式輸送機(jī)架線式電機(jī)車(chē)等設(shè)備節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備等，煤礦供電網(wǎng)絡(luò)諧波的危害主要是造成電網(wǎng)的功率損耗增加，設(shè)備壽命縮短，接地保護(hù)功能失靈，遙控功能失常，線路和設(shè)備過(guò)熱等，還會(huì)引起變電站局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成電力互感器變電站系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，從而造成供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施損壞元器件老化，造成電子保護(hù)裝置誤動(dòng)作，增大附加磁場(chǎng)的干擾等當(dāng)諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)會(huì)導(dǎo)致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會(huì)使鐵損增加還可導(dǎo)致變壓器的基波負(fù)載容量下降，效率降低以及變壓器鐵芯振動(dòng)，噪聲增加，壽命縮短諧波電流和電壓會(huì)造成電動(dòng)機(jī)鐵損和銅損的增加，引起額外溫升，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低，同時(shí)還產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩增加噪聲，造成電動(dòng)機(jī)振動(dòng)而降低使用壽命諧波會(huì)造成電容器過(guò)電流，使電容器與供配電系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，這將造成電容器迅速發(fā)生故障同時(shí)，電容器會(huì)放大諧波，增大諧波對(duì)礦井供配電系統(tǒng)的影響在導(dǎo)體中非正弦波電流與具有相同方均根值的純正弦波電流相比，會(huì)引起額外溫升，減小額定載流量，引發(fā)導(dǎo)體絕緣破壞或燒毀。諧波如果不經(jīng)過(guò)治理直接進(jìn)入上級(jí)電網(wǎng)，將會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的諧波污染。

2　煤礦企業(yè)供電系統(tǒng)治理諧波的策略

結(jié)合有關(guān)的檢測(cè)能夠明確，大量的諧波存在于供電系統(tǒng)中，這務(wù)必會(huì)在電流的影響下流動(dòng)在整個(gè)的系統(tǒng)當(dāng)中，也會(huì)對(duì)一系列的用電裝置產(chǎn)生影響，會(huì)不利于煤礦企業(yè)的順利生產(chǎn)，為此，應(yīng)當(dāng)對(duì)諧波實(shí)施有效的治理策略。

2.1實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償與治理諧波的一體化

此種手段是直接性地跟供電系統(tǒng)并聯(lián)或者是借助電抗并聯(lián)無(wú)功發(fā)生器中自換相的橋式變流電路，它里面的內(nèi)部智能控制模塊可以探究運(yùn)行且獲得無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)橋式電路所輸出的交流電壓幅值和相位進(jìn)行自動(dòng)地調(diào)節(jié)，以使輸送進(jìn)供電系統(tǒng)當(dāng)中的電壓處在正弦波的形式，此種手段使得質(zhì)量諧波和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)墓δ艿靡詫?shí)現(xiàn)。

2.2諧波補(bǔ)償設(shè)備的加設(shè)

針對(duì)煤礦生產(chǎn)來(lái)講，出現(xiàn)諧波的源頭是帶式輸送機(jī)、大功率提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)，在工作的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致高次諧波而形成污染。為此，應(yīng)對(duì)變壓器而出現(xiàn)的諧波進(jìn)行抑制，可以將諧波補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行加設(shè)，保障電流根據(jù)正弦波輸送。像是往往使用的手段是加設(shè)五次單調(diào)諧濾波器在變頻器母線上，以及借助角形接線，針對(duì)單相使用一串七并的形

式。

2.3選用變壓器

變壓器當(dāng)中存在著比較多的非線性元件，是出現(xiàn)諧波的一種重要器件。針對(duì)選用變壓器來(lái)講，務(wù)必選用科學(xué)、準(zhǔn)確的接線手段，從而阻止3N次諧波電流和不平衡電力，避免由原變供電系統(tǒng)當(dāng)中傳遞。針對(duì)星形（三角形）變壓器來(lái)講，不平衡電力和3N次諧波電流都能夠循環(huán)流動(dòng)在初級(jí)繞組中，且不會(huì)在供電系統(tǒng)中傳遞。針對(duì)煤礦企業(yè)應(yīng)用比較多的星形（三角形）變壓器，務(wù)必結(jié)合負(fù)載對(duì)變壓器的額定容量進(jìn)行確定，并且還應(yīng)思考出現(xiàn)諧波畸變，以預(yù)留出裕量，避免由于諧波導(dǎo)致變壓器的發(fā)熱。

2.4電力電纜線的科學(xué)選用

在選用電力電纜線的時(shí)候，務(wù)必兼顧其電纜的截面，先是需要思考倘若出現(xiàn)諧波就會(huì)導(dǎo)致電纜的發(fā)熱，為此，針對(duì)諧波可以擾動(dòng)的裝置務(wù)必思考選用適宜的配線，借助有關(guān)計(jì)算公式對(duì)電纜承載流量時(shí)候所要求的裕量值進(jìn)行計(jì)算。而斜長(zhǎng)、弧垂、持續(xù)等一系列的要素會(huì)制約裕量值。例如，對(duì)于接續(xù)來(lái)講，搭接電線務(wù)必導(dǎo)致裕量的增量，并且還會(huì)受到接線工藝以及導(dǎo)地線長(zhǎng)度的制約。從廣義上來(lái)講，不可以超出1.1m的接線長(zhǎng)度，倘若根據(jù)2000m計(jì)算接地導(dǎo)線長(zhǎng)度，那么會(huì)導(dǎo)致小于0.06%的裕量增量。

2.5改造諧波源

要想使得諧波消除，先應(yīng)著眼于出現(xiàn)諧波的根源，而出現(xiàn)諧波的關(guān)鍵源頭是一系列非線性的元件，為此應(yīng)立足于電子設(shè)備本身，實(shí)施有效的策略減少諧波的出現(xiàn)。其中，變流設(shè)備周期的強(qiáng)化可以使得脈動(dòng)的次數(shù)減少，以及使得起伏的幅值大小降低，從而借助技術(shù)使得諧波員減小。實(shí)施這種策略務(wù)必借助波段檢測(cè)設(shè)備，在技術(shù)上對(duì)不正常的波段進(jìn)行干預(yù)，并且還應(yīng)當(dāng)將頻率較高的因數(shù)整流器應(yīng)用在供電系統(tǒng)當(dāng)中，以對(duì)諧波源進(jìn)行自動(dòng)地改造。

3　煤礦供電系統(tǒng)治理諧波的應(yīng)用效果

3.1提高了系統(tǒng)電源的質(zhì)量

在治理諧波的時(shí)候，SVG投入濾波功能，大大地改善了電流和電壓的波形，跟正弦波非常得接近。顯著地降低了電流和電壓的畸變率，有著非常理想的改善效果，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的需要。除此之外，能夠在恒定電壓的形式下運(yùn)行，在有效的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)的電壓，確保了供電系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，在額定工況點(diǎn)周?chē)\(yùn)行用電裝置，使得用電裝置的工況參數(shù)得以有效地改善。

3.2提高了功率因數(shù)

能夠在恒定功率因數(shù)的形式下運(yùn)行諧波治理的設(shè)備，以及設(shè)置相應(yīng)范圍的功率因數(shù)，會(huì)結(jié)合系統(tǒng)的情況自動(dòng)地對(duì)無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)顯示的后臺(tái)計(jì)算機(jī)報(bào)表，大大地提高了設(shè)備的功率因數(shù)，并且使得由于要求增加負(fù)荷而擴(kuò)容電容器的情況解決。

3.3實(shí)現(xiàn)了理想的諧波治理效果

在治理諧波之后，實(shí)現(xiàn)了理想的諧波治理效果，大大地減少了總進(jìn)線當(dāng)中諧波的電流，各次諧波電流的含量和供電系統(tǒng)電壓畸變率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低于國(guó)家的要求，并且使得主井饋出開(kāi)關(guān)柜電流互感器電磁噪聲大、電容器嘯叫，以及變電所母排振動(dòng)發(fā)響等一系列的情況消除。電容器未曾放大諧波，一系列的電容器組能夠長(zhǎng)時(shí)間安全地工作，使得系統(tǒng)裝置的工作穩(wěn)定性提高。

3.4實(shí)現(xiàn)了理想的節(jié)電效益

在治理諧波之后，每一年的節(jié)電量都非常得明顯，進(jìn)而節(jié)省了電費(fèi)的支出，不到兩年的時(shí)間就能夠?qū)ν顿Y的資本進(jìn)行回收。

4　結(jié)論

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的影響下，在煤礦企業(yè)將更加先進(jìn)的裝置投入，煤礦電網(wǎng)也得以迅速地發(fā)展，而普遍性地應(yīng)用電子器件與大型非線性裝置，使得煤礦電網(wǎng)產(chǎn)生了大量諧波，進(jìn)而形成了諧波污染，這不利于煤礦礦井電網(wǎng)安全性的提高。為此，分析和探索煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的原理，且實(shí)施一定的解決策略進(jìn)行治理，以保障煤礦供電系統(tǒng)與裝置的穩(wěn)定性工作，進(jìn)而使得供電質(zhì)量得以改善，讓電能切實(shí)變成沒(méi)有污染的綠色化的能源。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍等.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]王利福.漳村煤礦電網(wǎng)諧波污染綜合治理研究[D].葫蘆島：遼寧

工程技術(shù)大學(xué)，2005.

[3]任子暉，仇潤(rùn)鶴等.煤礦電網(wǎng)諧波分析模型的建立與濾波器設(shè)計(jì)[J].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（01）：12-13.

[4]呂東霞.對(duì)煤礦供配電系統(tǒng)諧波危害及治理的探討[J].煤炭工程，2008（08）：17-18.

[5]劉磊，王仲初，胡洋.三相電壓SVG 的直接電流控制方法及仿真[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（05）：534-538.

[6]何鳳有.礦井直流提升機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：趙青華（1984—），男，河南淮陽(yáng)人，2008年畢業(yè)于河南理工大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事機(jī)電安全監(jiān)察與管理工作。