煤礦供配電系統(tǒng)的諧波危害及防治對策分析

任浩鵬　施文俊　戴新月

摘 要：諧波會導致相關(guān)設(shè)備的電壓和電流負擔增加，造成波形畸變，進而影響供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，埋下一定的安全隱患，甚至損壞設(shè)備。因此，對煤礦供配電系統(tǒng)的諧波危害及其防治對策展開了研究。

關(guān)鍵詞：煤礦；供配電系統(tǒng)；諧波；防治對策

中圖分類號：TD61 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.154

煤炭是我國社會的主要資源之一，對社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)起著積極的推動作用。在煤礦生產(chǎn)的過程中，供配電系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，是煤礦的重要基礎(chǔ)設(shè)施。但煤炭供配電系統(tǒng)所處的環(huán)境復雜，受到諧波影響后，電流會發(fā)生畸變，這些電流流入煤礦電力系統(tǒng)后，會直接影響供配電的穩(wěn)定性，并縮短電力設(shè)備的使用壽命，甚至燒毀設(shè)備。這不僅會威脅工人的人身安全，還會影響煤礦的正常生產(chǎn)，進而造成經(jīng)濟損失。因此，煤礦企業(yè)必須提高對諧波危害的重視程度，加強防治。

1 煤礦供配電系統(tǒng)的諧波危害

近年來，煤礦生產(chǎn)中對電能的應(yīng)用越來越廣泛，煤礦生產(chǎn)正在逐步走向工業(yè)化和現(xiàn)代化。但由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境具有一定特殊性和復雜性，煤礦供配電系統(tǒng)在輸電、配電、用電過程中都有可能受到諧波的影響。煤礦供配電系統(tǒng)中的諧波主要來自半導體的非線性元件，比如各種變頻器、通風機等。這些非線性元件在運行中具有非線性磁化曲線、鐵芯內(nèi)飽和的特性，會導致磁化電流呈尖頂性，含有大量的奇次諧波，進而增加電流和電壓負荷，使工作點偏離線性軌道，產(chǎn)生諧波電流。諧波電流的產(chǎn)生會對供配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備造成不利影響，用電網(wǎng)元件受到諧波的影響后，用電和輸電設(shè)備的性能會大大降低，甚至會造成電網(wǎng)癱瘓；如果諧波電流長時間存在，會導致線路升溫，電纜會因過載而過熱，造成絕緣層毀壞，進而引發(fā)火災(zāi)事故。

諧波會對變壓器造成不利影響。變壓器在受到諧波影響后，會引發(fā)局部發(fā)熱現(xiàn)象，導致變壓器的頻率升高、電流增加、額外損失增大、荷能力下降、噪聲增大。上述問題會直接縮短變壓器的使用壽命。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，65%的變壓器故障是由諧波引起的。

諧波會對通信信號造成干擾，降低通信質(zhì)量，甚至導致傳輸信息數(shù)據(jù)丟失。此外，諧波還會導致保護和控制設(shè)備誤動，這種誤動對供配電系統(tǒng)的危害極大，不僅會導致計量儀表出現(xiàn)誤差，還會導致設(shè)備故障點擴大，使整個區(qū)域的系統(tǒng)均陷入癱瘓。

2 煤礦供配電系統(tǒng)諧波的防治對策

通過上述分析，防治諧波是保障供配電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全的重要基礎(chǔ)。

2.1 科學選擇變壓器

變壓器是整個供配電系統(tǒng)的核心設(shè)備，直接影響著供電的穩(wěn)定性和可靠性。為了減少諧波對變壓器的干擾，保障變壓器的安全，選擇合適的變壓器至關(guān)重要。不同變壓器的性能和特性不同，對諧波畸變留有的裕量也不同。在選擇變壓器時，必須結(jié)合負載容量、諧波畸變留有的裕量確定變壓器的定額容量，從而避免變壓器被諧波干擾。此外，還要科學地選擇變壓器的接線方式，從而阻止不平衡電流和諧波電流流入供配電系統(tǒng)；考慮系統(tǒng)的運行環(huán)境，以保障系統(tǒng)的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、適用性，避免浪費資源。

2.2 合理選擇電力電纜

必須嚴格挑選煤礦供配電系統(tǒng)的電纜，如果電纜存在問題，則極易引發(fā)火災(zāi)。選擇電纜時必須考慮諧波引起的發(fā)熱問題，根據(jù)諧波的影響程度確定電力電纜的截面積。在選擇連接諧波主要擾動源設(shè)備的配線時，要保障電纜的載流量留有足夠的裕量，盡可能地選擇放大一級的電纜截面，從而提高電纜的耐用性和負荷承載能力。此外，在三相四線制系統(tǒng)中，確定中性線截面積時要考慮三次諧波電流和高次諧波電流流入時引發(fā)的集膚效應(yīng)，避免因集膚效應(yīng)而造成電纜發(fā)熱，進而引發(fā)火災(zāi)。

2.3 加裝靜止無功補償裝置

加裝靜止無功補償裝置能有效補償負載的無功功率，為相關(guān)設(shè)備提供容性無功功率，滿足設(shè)備的無功需求，從而提高電網(wǎng)的運行效率和功率因數(shù)，減小負載電流，降低電路損耗。多數(shù)諧波是因大功率設(shè)備運行而產(chǎn)生的，通過加裝靜止無功補償裝置，可抑制變頻器運行中諧波的產(chǎn)生。此外，還可補償無功功率，使流入的電流成為正弦波，從而降低諧波電流產(chǎn)生的概率。但加裝靜止無功補償裝置時，易對供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和阻抗造成影響，且易與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，進而放大諧波，導致LC濾波器燒毀，引發(fā)火災(zāi)。因此，在應(yīng)用過程中，必須全面考慮并聯(lián)諧振問題，避免電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。通常情況下，應(yīng)選擇調(diào)諧式的電容器組。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝簡便，能避開電流可能出現(xiàn)諧波的頻率，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 結(jié)束語

新經(jīng)濟環(huán)境下，人們對煤炭資源的需求量越來越大，煤炭的開采力度隨之提高，市場競爭日益激烈。因此，煤炭企業(yè)想要提高自身的競爭實力，就必須保證安全生產(chǎn)，在選擇電氣設(shè)備、電子設(shè)備時，必須充分考慮諧波危害問題。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕