浅谈煤矿供电系统的谐波治理措施

中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)06-0129-01

摘要:随着我国煤矿的工业化和信息化进程的快速发展，带来的是大型电力电子设备的广泛应用，由此造成的是电网中谐波含量的大量增加，这对电能质量形成了严重的干扰，从而对矿井安全生产造成了威胁。本人根据多年的工作体会，分析了煤矿供电系统中谐波产生的原因及危害，抑制谐波的有效措施，并提出谐波补偿滤波装置安装位置的合理确定，以保证煤矿电网的稳定运行和企业的安全用电。

关键词:煤矿供电系统谐波；治理方法

1 目前煤矿供电系统中的谐波情况

目前电力系统谐波污染与功率因数降低、电磁干扰已并列为电力系统的三大公害。煤矿企业供电网络大量的电力电子功率器件、各种装置在电网中的应用，在促进矿井生产运行中的节能和能量高效转换的同时，也给电网中电能质量造成了严重的干扰，因此，严重影响了正常供电安全，其主要原因就是电网谐波含量的普遍存在和不断的生成。

在煤矿企业供电系统，谐波广泛分布于供配电系统中的各个环节，谐波电流的拥塞会在主电网系统上引起电压畸变，导致电网系统中的电压和电流波形严重失真，对其他电力设备和装置也会产生扰动，这将严重威胁矿井电网的电能质量和供配电设备的安全正常使用。

所以，我们治理好煤矿供电系统中产生的谐波，不仅能从根本上解决因谐波存在导致的电能不必要的损耗，提高和稳定电能质量，确保矿井安全运行，而且还能延长供电系统的电气设备使用寿命，优化电磁环境，有效提高产品质量。

2 谐波的主要来源

电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上，而在用电环节谐波主要产生于非线性负荷用电设备。对于煤矿来说，谐波主要来自非线性负荷用电设备。

在煤矿的输配电系统中存在大量的电力变压器。变压器就是一种非线性特性的用电设备，因为变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。

由于煤矿电网中的谐波源主要来自于含半导体材料的非线性元器件，煤矿的其他非线性负荷用电设备主要有矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等节能设备、交流弧焊机以及控制用的电力电子设备，诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等一些大型矿山设备以及使用各种变频器等电力电子设备产品等。煤矿供电系统中谐波的危害主要表现在谐波含量的增加导致电网功率损耗的增加、供电设备寿命逐渐缩短、接地保护功能丧失、遥控功能失效、供电线路和设备过起热，如果谐波波幅较大，还可能引起变电站局部的并联或串联谐振，这将导致变电站系统中的元器件产生附加的谐波损耗，从而加速元器件的衰老退化。我们通过对主井提升设备的电压、电流，副井升降设备电压、电流以及充电设备的测试波形测试、观察，发现在多次的测试过程当中，在一个波段电流谐波值异常偏高，远远超出了国家规定的限值，将此波段对比到矿井实际采用的脉动变流器，发现异常偏高的波段正好与设备实际采用的脉动下测算出的谐波值相符合；而对矿井下充电设备的测试采取与地面充电设备对比的方式，测试发现井下充电设备的各个谐波的大多高于井上情况。

我们通过对矿井以上两个测试情况来看，煤矿供电系统中普遍存在的电能质量问题的主要原因是谐波的大量产生。因此，预防治理矿井供电系统中的谐波问题还需从改造电力电子装置、过滤谐波的角度入手，从而减少矿井供电系统谐波问题的发生。

3 煤矿供配电系统谐波治理

鉴于谐波存在多方面的危害,对矿井安全生产和生活存在很大隐患,根据国家对谐波污染的治理要求,采取必要而有效措施,避免或补偿已产生的谐波尤为重要。在矿井供配电系统中,应积极采取消除或抑制谐波危害的防范措施。

3.1 电力电缆的选择。在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中,应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接谐波主要扰动源设备的配线,确定电缆载流量时应留有足够裕量,必要时可适当放大一级选择电缆截面。

3.2 合理选择变压器。正确合理地选择变压器的接线方式,能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。在三角形/星形变压器里,不平衡电流和3N次谐波电流在原边绕组内循环流动而不会传入电源配电系统中。矿井供配电系统中各级变压器应多采用三角形/星形变压器。在根据负载确定电力变压器额定容量时,应考虑谐波畸变而留有裕量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70%～80%,该裕量可防范谐波引起的变压器发热危害。

3.3 无功补偿电容器的配置。在有谐波背景的矿井供配电系统中,不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振,必须采用调谐式电容器组。调谐式电容器组即在补偿电容器中加串调谐电抗器。电抗器的主要作用是避开谐波电流可能出现的频率。这种电抗器被称为调谐电抗器,带有这种电抗器的电容器组则被称为调谐电容器组。使用调谐电容器组的目的不是为了显着地降低谐波畸变,而是为了确保电容器组不会因为诸如系统阻抗、投入段数、系统配置、负荷状况等原因而发生谐振。

3.4 谐波补偿装置进行补偿。对矿井中的主要谐波源,如:大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备,在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染。为了拟制变频器在运行中产生的谐波,需增加谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧坏。另外,它只能补偿固定频率的谐波,效果不甚理想,但该装置结构简单,目前仍被广泛应用。电力电子器件普及后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法,有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。

参考文献

［1］ 胡子侯，电力谐波的治理措施《沿海企业与科技》2010、7

［2］ 李晓文，煤矿供电系统的谐波及抑止对策…《中国煤炭》2011、7

［3］ 吕刘炎．对煤矿供配电系统谐波危害及治理的探讨，《煤炭工程》2010、8

推荐访问:供电系统 谐波 浅谈 煤矿 治理