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        煤礦地面供電系統(tǒng)諧波治理的方法研究

        2020-10-09 10:10:17張建茹
        中國科技縱橫 2020年9期
        關鍵詞:治理方法供電系統(tǒng)諧波

        張建茹

        摘 要:在經(jīng)濟發(fā)展的帶動下,電力企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,供電系統(tǒng)在社會各行業(yè)中的應用更加廣泛,將供電系統(tǒng)具體應用在煤礦區(qū)過程中,產(chǎn)生一定的諧波問題,造成煤礦區(qū)嚴重的電網(wǎng)污染問題,加強煤礦地面供電系統(tǒng)的諧波治理,成為當前重要的研究課題?;诖耍疚暮單隽斯╇娤到y(tǒng)產(chǎn)生諧波的原理,以及諧波的重要性,并具體分析治理煤礦供電系統(tǒng)諧波的措施,確保提升電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

        關鍵詞:煤礦區(qū);供電系統(tǒng);諧波;治理方法

        中圖分類號:TD61 文獻標識碼:A 文章編號:1671-2064(2020)09-0176-02

        0引言

        煤礦行業(yè)迅猛發(fā)展,需要各項現(xiàn)代化信息技術(shù)的支撐,同時,各類電子裝置的使用范圍更廣。在信息技術(shù)的支撐下,煤礦區(qū)信息化程度有待于進一步提升,進而減少供電裝置的故障問題,提升電網(wǎng)運行的可靠性。因此,相關煤礦區(qū)必須加強對供電系統(tǒng)諧波的危害性進行深入研究,確保煤礦區(qū)供電質(zhì)量得到保證,從而保障煤礦區(qū)各類機電設備、裝置的安全性。

        1供電系統(tǒng)諧波原理及其危害性

        1.1原理

        一般供電系統(tǒng),電能質(zhì)量的判定,包括頻率偏差、電壓偏差、電塔波動與閃變、三相不平衡、諧波含量等。其中,諧波直接關系到電能質(zhì)量,諧波在周期內(nèi)運行過程中,頻率一般是基波頻率的整數(shù)倍,供電系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的原因,通常與非線性負荷有關,在電流通過時,若電流形式與電壓之間未呈現(xiàn)線性關系,則會產(chǎn)生諧波。因此,治理供電系統(tǒng)的諧波問題,能夠有效改善供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,提升供電質(zhì)量。

        1.2危害性

        供電系統(tǒng)中的諧波,在一定程度上加大了電動機、變壓器的電阻,加劇了能量的消耗,溫度會在短時間內(nèi)迅速上升,供電系統(tǒng)將嚴重受損,相關設備極易老化,運行周期也將大大縮短。諧波的運動頻率較快,其中任何一個諧波電壓,產(chǎn)生振動均會對電容器造成影響,甚至是爆炸,后果不堪設想。在諧波的影響下,繼電保護器,運行動作可能改變,供電設備、儀表裝置運行的穩(wěn)定性、安全性得不到保障。同時,供電系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生,直接影響系統(tǒng)本身的運行方式,可能導致通訊系統(tǒng)發(fā)生電磁耦合問題,進而影響到系統(tǒng)通訊線路的穩(wěn)定性。諧波在煤礦供電系統(tǒng)中的危害包括:

        1.2.1危害電力電纜

        礦區(qū)供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波時,現(xiàn)場布設的電纜,將會釋放大量的諧波電流,嚴重影響供電區(qū)電壓的峰值,諧波頻率產(chǎn)生的強烈振動將會影響現(xiàn)場電壓的穩(wěn)定性,甚至損壞電纜線路,由于煤礦區(qū)的性質(zhì)非常特殊,包含了大量的爆塵、瓦斯,危險系數(shù)較大,諧波的產(chǎn)生直接威脅到煤礦區(qū)的正常供電、用電,影響礦區(qū)的正常工作、生產(chǎn),安全性得不到保障。

        1.2.2對電機的危害較大

        供電系統(tǒng)諧波產(chǎn)生時,具有高頻率特點,大量的諧波電流存在于系統(tǒng)裝置回路中,對供電系統(tǒng)的損害性較大,尤其交流電機遭受諧波電流的侵襲,電機的軸承會嚴重受損,在諧波電流較大的情況下,直接燒壞電機,影響供電系統(tǒng)的正常運行使用。

        1.2.3繼電保護動作錯誤

        煤礦區(qū)供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波時,諧波電流可能持續(xù)增大,影響到系統(tǒng)的整個歸路,導致斷路器的診斷產(chǎn)生閉合現(xiàn)象,大大降低了斷路器開閉效果,一定程度上影響供電系統(tǒng)的繼電保護動作判斷,甚至造成惡性循環(huán)的效果,進而影響整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        1.2.4對變壓器的危害

        煤礦生產(chǎn)中,供配電系統(tǒng)的諧波,對電力設備的損壞率呈上升趨勢,對供電系統(tǒng)的危害性極大,在運行過程中,容易導致變壓器鐵芯的諧波振動,從而產(chǎn)生更大的噪音,產(chǎn)生的影響十分惡劣,造成變壓器壽命縮短,對煤礦地面生產(chǎn)的影響巨大。

        1.2.5危害通信信號

        煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中,廣泛應用供電設備,對設備使用的自動化程度較高,供電系統(tǒng)一旦產(chǎn)生諧波,將嚴重影響系統(tǒng)的整體運行情況,加劇系統(tǒng)的故障范圍,容易影響電能計量儀表的誤差,影響煤礦地面正常生產(chǎn)運行。

        2治理煤礦地面供電系統(tǒng)諧波的有效對策

        2.1煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的原因

        電力系統(tǒng)在煤礦現(xiàn)場用電過程中,系統(tǒng)裝置、非電力荷載元件均容易產(chǎn)生諧波,包括重要的機電元件,如主排水泵、提升機、直升機等,電力系統(tǒng)出現(xiàn)任何一種故障,均會影響煤礦地面的整體生產(chǎn)情況,干擾各設備信號,影響煤礦地面的正常工作。

        2.2治理供電系統(tǒng)諧波的途徑

        2.2.1受端治理

        為更好保障煤礦地面供電的穩(wěn)定性,必須采取及時有效的措施進行治理,合理選擇供電方式,選擇大容量的供電點,為諧波供電,避免電容器進一步放大諧波的電流范圍。此種方法的原理,采取的是抑制措施,通過增加串聯(lián)的方式,最大化提高諧波的抗干擾能力,并將電力系統(tǒng)設備控制在一定的環(huán)境中,更好改善諧波的性能,或者增加靈敏的諧波保護裝置,均可以提升諧波的治理效果。

        2.2.2主動治理

        主動治理,采取的是增加電流裝置的相數(shù),采用多重技術(shù),增加脈波數(shù),通過電流疊加的方式,降低諧波,甚至消除諧波的頻率,將諧波的頻率范圍控制在最小范圍內(nèi)[1]。有研究顯示,部分煤礦企業(yè),通過改變諧波源配置、工作方式等,緩解諧波電流帶來的危害,或者采用集中諧波互補性裝置,將諧波電流進行適當?shù)姆稚ⅲㄟ^限制諧波電流值,改變諧波的工作方式,同時,在安裝供電系統(tǒng)時,進行合理化的設置,并采用脈寬技術(shù),降低諧波電流的幅值,具體情況下,需要結(jié)合煤礦區(qū)工作實際進行調(diào)整。

        2.2.3被動治理

        被動治理主要采用的是無源濾波器PE,利用其功能優(yōu)勢,吸收諧波電流,同時可以實施無功率補償?shù)姆椒?,提升對系統(tǒng)的維護力度,煤礦區(qū)采用的常見方法為APE,通過補償、隔離諧波,降低諧波對供電系統(tǒng)的危害性,在諧波頻率振動較快的情況下,可以采用混合式的濾波器,減弱諧波電流,充分發(fā)揮被動治理方法的優(yōu)勢性,其中,無源濾波的工作原理,是將多條單調(diào)諧波支路進行頻率調(diào)整,并把支路中的諧波頻率的總抗阻控制在零左右,從而更好地凸顯諧波的治理效果。

        2.2.4合理選擇電力電纜

        煤礦企業(yè)在電力電纜的選擇上,要充分考慮電纜截面材料的使用性能,考慮電纜發(fā)熱情況,根據(jù)電纜的載流量,具體分析電纜截面的級別,并在中性線截面中保留足夠的空間,減少諧波電流產(chǎn)生的集膚效應,進而保證中性線的發(fā)熱情況,得到有效的緩解,在電纜材料的選擇上,要安排專人進行材料審核,從源頭上保證電纜質(zhì)量,促進供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

        2.2.5變壓器的選擇

        煤礦開采企業(yè)的供電系統(tǒng)中主要需要依托變壓器,在選擇變壓器過程中,要根據(jù)線路電壓的額定載容量合理選擇變壓器,從而緩解諧波電流振動帶來的發(fā)熱問題。同時,相關人員要充分考慮接線問題,合理選擇變壓器的接線方式,并不斷強化相關人員對諧波的危害性認識,從源頭上將諧波危害的萌芽,扼殺在搖籃中。

        2.2.6安裝無功補償裝置

        安裝無功補償裝置,能夠有效緩解設備的使用性能,通過加裝靜止無功補償裝置,避免諧波電流頻繁產(chǎn)生,減少電容器裝置串聯(lián)振動的現(xiàn)象。

        2.3礦區(qū)供電系統(tǒng)諧波治理的具體治理案例分析

        煤礦區(qū)的供電系統(tǒng)諧波總含量,需要進行具體的預測分析,某礦區(qū)地面供電線路為35kV,相關人員經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)35kV線路中的電壓諧波,超標嚴重,亟需進行治理,并在研究分析過程中,發(fā)現(xiàn)諧波頻率振動不斷增大,經(jīng)過研究分析后,煤礦區(qū)制定了詳細的諧波治理方案,并嚴格要求相關人員,具體將方案進行落實[2]。方案內(nèi)容包括,在有源濾波器中,加基波串聯(lián)支路,從根本上降低濾波器的容量,通過將諧波電流進行分散,提供較大的無功率補償,進而提升諧波的治理效果,為更好提升諧波治理效果,可以具體結(jié)合35kV線路電壓的特點,構(gòu)建完善的治理系統(tǒng),提升對諧波的治理效果。

        在研究中發(fā)現(xiàn),35kV電網(wǎng)中,第5次、6次諧波含量較高,通過對第5次、6次諧波的頻率進行調(diào)整,不斷加大功率的補償需求,更好提升對諧波的治理效果,通過有源部分的耦合變壓器與基波進行串聯(lián),更好緩解諧波電流的抗阻,提升供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,保證電網(wǎng)供電質(zhì)量,最大化提升煤礦區(qū)的經(jīng)濟效益。

        2.4煤礦地面供電系統(tǒng)諧波仿真模型試驗分析

        為治理好煤礦企業(yè)供電系統(tǒng)諧波問題,相關研究人員進行諧波電流仿真模擬試驗,對精細化展開分析研究,確保更好提升對諧波的治理效果。由于供電系統(tǒng)諧波電流直接關系到煤礦區(qū)作業(yè)的安全性,加強地面供電系統(tǒng)諧波的研究具有重要的現(xiàn)實意義。研究學者紛紛運用多元的探討方法進行諧波研究,為相關煤礦企業(yè)提供有價值的參考意見。

        2.4.1煤礦供電系統(tǒng)內(nèi)諧波模型研究

        煤礦企業(yè)中的供電系統(tǒng)的諧波,包括兩種裝置,如整流裝置、變頻裝置,設計的技術(shù)種類較多,如單極性變頻、多電平變頻等,在礦區(qū)使用過程中,不可避免地會產(chǎn)生一定的諧波量,影響供電系統(tǒng)的周期性運轉(zhuǎn)情況,其中整流裝置,在使用過程中,產(chǎn)生大量的諧波,導致供電系統(tǒng)反復開閘、關閘,影響系統(tǒng)正常運行,甚至直接阻斷系統(tǒng)運行。研究人員,通過構(gòu)建諧波電流仿真模型,進一步分析諧波性質(zhì),發(fā)現(xiàn)當變頻裝置保持不變的狀態(tài)下,改變載波,不會影響諧波電流的畸變,與諧波電流相吻合;當二極管導通角逐漸變化時,諧波電流會隨著角度的變大,逐漸減小,并呈現(xiàn)線性變化規(guī)律,二極管導通角,作為不可測的變量,對諧波電流,具有明顯的影響,需要相關人員進一步的研究分析[3]。通過仿真模型的構(gòu)建,便于研究人員更好地制定諧波的治理方案,并提出一些建設性意見,確保最終有效解決諧波問題,促進供電系統(tǒng)更好地滿足礦區(qū)作業(yè)要求。

        2.4.2供電系統(tǒng)諧波密度分析

        研究人員在進行具體操作過程中,需要一切按照《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定,開展探究活動,并將諧波概率密度控制在合理的范圍內(nèi),減少計算上的偏差,并對具體得出的結(jié)果進行分析評價,促使煤礦地面諧波值,符合施工作業(yè)要求。在具體計算過程中,研究人員采取的是函數(shù)計算方法,并通過各項參數(shù)數(shù)據(jù)對比分析,具體分析故障產(chǎn)生的原因,更好為仿真模型的構(gòu)建,提供可靠的依據(jù)明確試驗結(jié)果的精準性[4]。由于煤礦的開采頻率,不斷增加,開采規(guī)模不斷擴大,增加了煤礦開采企業(yè)難度,各項供電設備、設施隨之增加,諧波的密度值變化規(guī)律更加明顯。煤礦企業(yè),需要不斷提升礦區(qū)各項信息化技術(shù),提升數(shù)字化水平,為治理供電系統(tǒng)諧波問題夯實基礎。

        3結(jié)語

        綜上所述,新時代發(fā)展下,電能質(zhì)量問題是社會各行業(yè)關注的焦點問題,在煤礦企業(yè)中,為更好提升供電的穩(wěn)定性、合理性,必須加快采取對諧波治理的措施,從多方面控制諧波產(chǎn)生的電流量,從而更好保護供電系統(tǒng),促進系統(tǒng)的正常運行,不斷提升煤礦企業(yè)開采效率,降低生產(chǎn)風險,提升煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù),推動煤礦企業(yè)健康長遠發(fā)展,為相關企業(yè)樹立榜樣。

        參考文獻

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        [3] 劉驍.煤礦供電系統(tǒng)諧波仿真模型分析試驗[J].機械研究與應用,2019,32(6):156-158+161.

        [4] 景白宇.煤礦供電系統(tǒng)無功功率補償技術(shù)應用研究[J].能源與節(jié)能,2019(5):172-173+175.

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