煤礦供電系統諧波治理研究

盛兆峰+周生方+石亞洲

摘 要：隨著經濟的迅速發展，電力電子裝置在煤礦電網中的應用更加廣泛，這就不可避免地產生大量諧波，嚴重污染了煤礦電源質量。為了確保供電質量，必須采取有效措施解決煤礦電網諧波污染問題已是當務之急，本文首先介紹了煤礦供電系統出現諧波的原因，其次分析了煤礦供電系統諧波的危害，重點論述煤礦供配電系統的諧波治理，為煤礦企業的安全生產提供重要的理論指導。

關鍵詞：諧波危害；供配電系統；諧波治理；煤礦

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.060

0 引言

隨著煤礦生產的發展，各種電力電子裝置使用越來越多，煤礦的電力負荷越來越大，電網的規模和容量也越來越大。由于煤礦生產機械化、自動化程度不斷提高，各種高精尖設備大量投入使用，因此對煤礦電網質量要求越來越高?；诔掷m提升煤礦生產能力的影響下，增加了一系列的非線性與沖擊性裝置，這一系列的裝置在實現煤礦安全水平與生產效率提升的過程中，也導致煤礦電網注入很多的諧波，這對煤礦電能質量產生了嚴重的影響，從而導致通訊裝置受到干擾、裝置的應用年限減少、損耗的電能增多。因此，不管是為了確保煤礦電網運行的經濟性和安全性，還是為了確保煤礦機電裝置的安全性，實施有效的對策治理煤礦供電系統的諧波，這都顯得十分關鍵。

1 煤礦供電系統出現諧波的原因

結合工作過程中的電力系統來說，在煤礦生產用電過程與系統的發電裝置都可能出現諧波，特別是非電力荷載元件容易出現諧波。在煤礦生產中，主排水泵、煤礦提升機、直流式直升機是重點的非線性供電元件。另外，還涵蓋裝置外在礦井供電裝置當中的輸出電力的系統。這一系列的元件都具備一樣的特點，即裝置可以接收正弦式電波輸出電壓，從而同步調整頻率與基波，進最終使非正弦式波動電流形成。

2 煤礦供電系統諧波的危害

（1）危害電力電纜.在供電系統中，應當在輸電裝置的一系列區域搭設電纜，在出現諧波的時候，排布的電纜會放大諧波電流的效果，從而導致全部電網回路的電壓峰值出現非常大的改變，要么是損壞電纜線路，最終出現漏電的現象。另外，還會損害電纜線路的表皮，導致火花的出現。因為煤礦存在非常多的煤塵和瓦斯，所以直接影響到煤礦生產的安全性。

（2）危害電機。因為供電系統在供電的時候會導致很多諧波的出現，以及諧波具備非常高的頻率，所以在供電系統裝置經過諧波電流和電壓的過程中，大量的消耗會形成于裝置的回路當中，并且諧波形成的電力也會導致損耗。這樣一來，交流電機在變頻器的控制之下也會由于諧波電流而形成大量的電流，在大型電機上受到電流的影響下，電機的軸承會受到危害，甚至電機會被燒壞。

（3）導致繼電保護誤動作的出。。因為諧波電流的持續變大，會影響到全部電力的回路，這樣斷路器診斷到改變的電流峰值會進行閉合。在經過多次改變的電流峰值之后，斷路器的開閉效果會降低，從而導致自動裝置與斷電保護的誤動作。并且改變了變壓器電壓合閘過程中電流的增幅效果，增加的諧波量會增加電流分量，從而使惡性循環形成，最終導致大量繼電保護的觸發。

3 煤礦供配電系統的諧波治理

煤礦供電系統中出現的大量諧波，一定會對整個供電性產生大量危害。甚至影響整個供電系統的變化，進而對各種用電設備造成破壞，對煤礦工業的運作帶來影響，所以一定要采取有效措施來對 諧波進行治理。

（1）選用大截面的電力電纜。在選用煤礦供電系統電力電纜截面的時候，需要兼顧諧波導致的電纜發熱情況，針對諧波連接關鍵擾動裝置的配線，對電纜載流量進行確定的情況下需要確保充足的裕量，在需要的情況下實現一級電纜截面的放大。

（2）選用適宜的變壓器。對連接變壓器的方式進行合理地選擇，可以避免電源配電系統當中傳輸3N次諧波電流和不平衡電流。在Δ/Y變壓器當中，處于原邊繞組循環流動的3N次諧波電流和不平衡電流不會往電源配電系統當中傳輸。Δ/Y形變壓器是大部分煤礦供電系統應用的變壓器。結合負載對額定電力變壓器容量進行確定的情況下，需要兼顧畸變的諧波而留下裕量。在設計礦井的時候，通常需要確保70%——80%負荷率的變壓器，此裕量能夠避免諧波導致的變壓器發熱現象。再者，Δ形接法繞阻能夠解決此問題，其為3N次諧波和不均衡的循環帶來了通路，如此就能夠避免向配電系統傳入。

（3）應用諧波補償設備。針對煤礦當中的帶式運輸機的變頻裝置、通風機、大功率提升機等關鍵的諧波源，在工作的時候會導致高次諧波污染。為了對工作過程中的變頻器形成的諧波進行控制，應當應用諧波補償設備，確保正弦波的電流輸入。傳統的是應用LC調諧濾波器的諧波補償設備，其不但能夠對諧波進行補償，而且能夠對無功功率進行補償。然而，煤礦供電系統工作情況與阻抗會制約到補償性能，容易跟系統出現并聯諧振，從而放大諧波，導致LC濾波器的過載。除此之外，其僅僅可以對頻率固定的諧波予以補償，難以實現顯著的效果，然而這種設備具備簡單的構造，依舊被普遍地應用。在普及電力電子器件之后，補償諧波的的重要手段是應用有源電力濾波器，有源濾波器的運行原理是檢測出補償對象的諧波電流，再形成跟諧波電流極性相反和大小一樣的補償電流，進而使基波分量僅僅存在于電網電流當中。如此的濾波器可以跟蹤補償幅值與頻率都改變的諧波，以及補償特點不會受到電網阻抗的制約。

4 結語

綜上所述，隨著時代的發展，電能質量問題已越來越引起用戶和供電部門的重視。想要確保煤礦生產的安全性和穩定性，就務必高度關注煤礦供電系統的諧波危害，明確其出現的原因，借助有效的治理對策加以疏導，從而使傳導與形成的諧波減少，盡最大程度地保護供電系統，最終大大地提升煤礦生產效率與效益。

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