小屯礦6kV電網諧波污染治理技術實施方案

丁增林

（邯鄲市瑞達工程設計有限公司，河北省邯鄲市，056001）

小屯礦6kV電網諧波污染治理技術實施方案

丁增林

（邯鄲市瑞達工程設計有限公司，河北省邯鄲市，056001）

對小屯礦6kV電網諧波治理的必要性、可行性及經濟效益進行了分析，提出了諧波治理方案，介紹了治理方案所需的主要設備。

電網諧波 必要性 可行性 經濟效益 治理方案

1 現狀

冀中能源峰峰集團有限公司小屯礦位于河北省邯鄲市峰峰礦區東北部，礦井井田西到西南部與薛村礦井田毗鄰；東到南部與羊渠河礦羊東井田相鄰；西南部與牛兒莊礦井田相鄰；北部與大淑村礦井田毗鄰；東部以坐標連線為界，為深部未采區。井田走向長3700m，傾斜長5200m，井田面積8.4km2。

小屯礦1958年投產，原設計生產能力0.21 Mt／a，1987年小屯礦改擴建，生產能力擴至0.6 Mt／a，2006年礦井核定生產能力為0.8Mt／a。經過幾十年的開采，小屯礦礦井生產格局發生了巨大變化，＋41m水平、－50m水平、－190m水平已基本采完，目前礦井生產已轉移到－300m水平。

根據小屯礦生產通信和信號裝置使用情況的直觀反映，該礦行政與生產調度通信噪音干擾嚴重，影響通信質量，井下部分地區的人車感應信號、軌道絞車信號及其它通訊信號常受到干擾、中斷，有時甚至無法正常工作，成為安全生產的隱患。杭州銀湖公司對小屯礦變電站主變壓器6kV母線側的測試結果顯示：5次諧波電流最大實測值為43.3A（基準短路容量100MVA），5次諧波電壓畸變率為THD5為4.1%；7次諧波電流最大實測值為48.4A（基準短路容量100MVA），7諧波電壓畸變率THD7為10.2%。超過國標電能質量公用電網諧波GB／T 14549－1993（相對于基準短路容量100MVA、6kV電網規定5次諧波電流允許值34A，7次諧波電流允許值24A）規定的注入公共聯接點的諧波電流允許值，7次諧波電流嚴重超限。

2 電網諧波治理的必要性、可行性及經濟效益

2.1 必要性

電網諧波超限可以使電能質量受到污染、供電質量下降、附加損失增加、傳輸能力下降；可以使變壓器和電動機的鐵芯渦流損耗增加、溫度上升、絕緣加速老化、效率和利用率降低、使用壽命縮短。在諧波電流的作用下，電容器會產生額外的功率損耗，絕緣介質加快老化。諧波電流超限嚴重時，流過三相中性線的電流大量增加使線路過熱甚至發生火災。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪音和過電流，這使得電容器和電纜等設備過熱、絕緣老化、縮短壽命以至損壞，進而使通訊線路產生嚴重噪聲。因此，為保證小屯礦通訊和監測線路正常可靠、電氣設備完好運轉、提高供電質量，以及保證安全生產，有必要對小屯礦6kV電網諧波污染進行治理。

2.2 可行性

高壓電網諧波的產生源主要是電力系統中存在各種非線性元器件。產生諧波的元器件有很多，如：變壓器、變頻器、各種燈具、電焊機等，這些都是產生諧波源的元器件。治理電網諧波首先應該確定產生諧波源的主要部件，然后根據實際情況進行加設濾波器進行諧波調諧抑制，使之發生串聯諧振，從而削除諧波的危害。抑制高次諧波技術采用的辦法是電源濾波、屏蔽及減少開關電源本身干擾能量。電源濾波器可以阻止電網中的干擾進入開關電源，也可以阻止開關電源的干擾進入電網；屏蔽技術可以有效地防止向外輻射干擾；減少開關電源本身干擾，利用改善線圈繞制工藝，確保繞組之間緊密耦合以減少變壓器漏感，還可以在高頻整流二極管上串入抗飽和磁芯線圈，利用流過反向電流時因磁芯不飽和而產生的較大電勢阻止反向電流上升。所以電網諧波污染治理從技術上是可行的。

2.3 經濟效益

小屯礦作為集團公司諧波治理試點，購置了一套諧波吸收和無功補償一體化結構的MCR型高壓動態無功補償裝置（SVC），通過切換可分別投到兩段6kV主母線上。變電站現有固定補償電容器保留，作為新裝置檢修和故障時的備用補償。

從功耗指標分析，MSC型可以忽略不計，而TCR型和MCR型的自身功耗每年折合電費約5～6萬元。但TCR和MCR可將功率因數穩定在0.95以上，以小屯礦－600m水平延深改擴建后平均負荷7800kW計算，每年可減少電費支出40多萬元，而MSC的功率因數是隨無功負荷波動的，平均以0.93計。上述減耗不包括由于功率因數的提高使線路、主變壓器傳輸損耗電費的減少和功率因數調整電費的減少。

3 諧波治理方案

綜合諧波濾波和功率因數補償諧波治理方案提出了3種技術方案：（1）機械投切電容器無功補償裝置（MSC型SVC）＋諧波濾波支路；（2）磁控電抗器動態無功補償裝置（MCR型SVC）；（3）晶閘管控制電抗器型動態無功補償裝置（TCR型SVC）。

根據小屯礦現場測試，5次、7次諧波指標超標，需要加裝濾波支路。由于濾波支路同時具有容性無功補償功率作用（約2000kVar），MSC型SVC聯用會大大減少MSC型SVC的動態范圍，甚至在低負荷時發生功率因數過補償，二者技術相容性較差。而MCR型SVC、TCR型SVC與諧波濾波支路系本質一體化裝置，技術完全相容，使功率因數補償與諧波濾波互不影響又互為兼顧。它們的另一大技術優勢是可連續快速調節補償量，有效抑制電壓閃變，使功率因數穩定在設定值（例如0.95或以上）上。

至于MCR型SVC和TCR型SVC，二者技術性能相當，但TCR型SVC價格高于MCR型SVC，其數十只晶閘管工作于高電壓、大電流工況，損壞概率高，動態損耗大，需設專門的純水冷卻系統解決散熱，因而運行維護費用較高。

4 方案主要設備

采用諧波濾波支路與MCR型SVC磁控式動態無功補償裝置，主要包含諧波濾波和MCR磁控式動態補償兩部分，主要設備有MCR型動態無功補償裝置1套、5次濾波支路1套、7次濾波支路1套（支路數量按5次、7次考慮）。

設備安裝需在小屯變電站6kV室增加2臺6kV GG1A－Z07出線柜，增加電纜360m。土建部分需在小屯變電站建一座5.7m×13m×4.5m諧波治理配電室。

[1] 孫學軍.基于開放式結構的煤礦電網實時預警系統的設計與實現[J].中國煤炭，2011（8）

[1] 朱全印，高保衛.煤礦電網監測監控系統的設計與應用[J].中國煤炭，2009（9）

Implement measures of harmonic pollution treatment of 6 kV power grid in Xiaotun coal mine

Ding Zenglin

（Ruida Engineering Design Co.，Ltd.，Handan，Hebei 056001，China）

The necessity，feasibility and economic benefits of power grid harmonic pollution elimination in Xiaotun coal mine was analyzed，and the implement measures and the required main facilities were proposed.

power grid harmonic wave，necessity，feasibility，economic benefit，implement measure

TD612

B

丁增林（1962－），男，電氣工程師，現任職于河北省邯鄲市瑞達工程設計有限公司。

（責任編輯 張艷華）