煤礦電網諧波分析與研究

李志貴

摘 要：為礦區提供安全、優質、經濟電能是礦區供電單位的宗旨，諧波成為影響電能質量的重要因素。該文對某煤礦電網的諧波進行測試分析，并根據測試結果提出整治方案。

關鍵詞：無功補償裝置 安全生產 諧波 有源濾波

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0077-01隨著現代化礦井的建設，電力電子技術和計算機控制技術的大量應用，大量諧波流入電網。就現代化煤礦變電站而言，煤礦諧波負荷源占總負荷比例越來越大。諧波的主要危害：增加電力設施負荷，降低系統功率因數，降低發電、輸電及用電設備的有效容量和效率，造成設備浪費、線路浪費和電能損失；諧波的易使供電系統發生諧振，造成過電壓使設備損壞；諧波使電動機、變壓器銅損、鐵損增加而過熱，其次使電動機震動增加；諧波含量較多的電流將使斷路器的遮斷能力降低，造成事故擴大化；諧波使變壓器鐵心產生磁滯伸縮現象，噪聲增加；諧波使電壓波形畸變，引起電機和變壓器絕緣游離放電，引起絕緣介質強度降低，使用壽命縮短；諧波影響通信設備、繼電保護和自動裝置、測量設備和儀表等的可靠性。因此對煤礦電網諧波問題的研究與治理是十分必要。該文對神華寧夏煤業集團某現代化礦井的電網的諧波問題進行分析與研究。

1 煤礦電網諧波測試與分析

神華寧夏煤業集團剛建設投產的某現代化礦井為例，地面變電站為35 kV/10 kV變電站，在10 kVⅠ段母線、Ⅱ段母線分別裝有一套SVC無功補償裝置，濾波器設3、5、7、11次共四組濾波通道。總安裝容量約7.2 MVar，隨著礦井的投產，出現提升機整流柜快速熔斷器頻繁燒毀，給該礦安全持續生產帶來嚴重影響，并造成一定的經濟損失，基于以上情況，對該礦電網進行了電能質量測試。測試重點為35kV 變電站、無功補償裝置各支路、提升機配電室進了測試，提升機配電室總負荷約為60MVA，部分測試結果見表1。

其中無功補償裝置各支路、提升機配電室的電能質量較差。根據與國家諧波標準進行對比分析，發現存在2、3、9、11、12、13、14、17次諧波電流超標，其中提升機配電室11、13、14次諧波嚴重超標。在分時段進行測試中發現2、3、9、10、11、12、13、14次諧波隨著煤礦生產負荷增大而增加，其中提升機配電室諧波分量最為嚴重。由于該提升機采用交-直-交變頻，在運行過程中，諧波含量隨著負荷的變化率而變化。地面35kV變電站裝設的SVC窩工補償裝置的TCR支路也成為一主要的諧波源，其產生的主要諧波為3、5、7、9、11、13次諧波。

2 整治方案

目前諧波治理的方法主要有無源濾波技術和有源濾波技術兩種。有源電力濾波器與無源濾波器相比，有源電力濾波器具有高度可控制和快速響應特性，并且能跟蹤補償各次諧波、自動產生所需變化的無功功率，其特性不受系統影響，無諧波放大危險，相對體積重量較小等突出優點，已成為電力諧波抑制和無功補償的重要手段。有源電力濾波器結構示意圖如圖1所示。

如果在兩臺主井提升機處裝設無源濾波設備，容易與35 kV變電站裝設的SVC發生并聯諧振，造成系統不穩定。根據據現場情況我們采用有源濾波設備對其進行治理。由于該礦的主諧波源為提升機的變頻設備，因此選擇對每臺提升機裝設一臺有源濾波器，對其產生的諧波進行就地治理。每臺提升機產生的總諧波電流為，有源濾波器的容量應為，為了保證系統的安全運行可靠運行，需要留有20%的余量，即為0.81×120%=0.97MVar。因此需要有源裝置總的容量為0.97MVar，考慮考慮有源濾波器的標準型號，需要2臺1MVAR/500V的有源裝置并聯，總的容量為2MVAR，一次系統主井提升機的額定容量為5.6MW，SVC裝有3、5、7、11次無源濾波支路用以濾除TCR支路產生的諧波。有源濾波器采用“補償特定次數諧波”方法，與SVC的耦合程度小，其是否投入對系統的穩定性基本沒有影響。

3 治理效果比較

通過裝設有源電力濾波器后測試結果與未裝有源電力濾波器的測試結果相比較，明顯發現裝有有源濾波器后各次諧波得到了很好的治理。

4 結語

煤礦電網諧波問題造成的故障普遍存在，并且會引起其他弱電系統誤報警或誤動作，造成安全隱患。針對煤礦電網進行電能質量測試，據此提出治理方案進行綜合治理，有利于提高供配電網絡的安全性、可靠性，降低系統損耗，提高能源利用水平，具有良好的社會、經濟效益。

參考文獻

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