煤矿供配电系统谐波存在的危害及防治

煤矿供配电系统谐波存在的危害及防治
摘要:谐波在供配电系统中的危害是非常严重的,本文就煤矿供配电系统谐波的主要来源和危害进行了分析,并提出了一些针对性的防治措施。

关键词:谐波供配电系统煤矿
Abstract：In the power supply system harmonic harm is very serious, this paper mine for distribution system harmonic sources and harms of the main analyzed, and put forward some prevention measures.
Keywords：harmonic power-supply coalmine
电能质量是指提供给用户的电能品质的优劣程度。

通常以电压、频率和波形等指标来衡量。

电压指电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡度等指标,频率指频率偏差,波形指电压正弦波形畸变率。

其中谐波问题一直是主要的电能质量问题。

能够导致用电设备故障或不能正常工作的、电流或频率的偏差,其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

治理好谐波,不仅能降低电能损耗,而且能延长设备使用寿命,改善电磁环境,提高产品的品质。

一个理想的交流电网中,各相电压随时间作周期性变化,并且呈正弦波形。

但是实际上由于某些具有非线性特性的电网元件的影响,使
电网电压偏离正弦波形,特别是近年来电力电子设备在我国煤炭工业中的应用日益广泛。

电力半导体装置是非线形负载,其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形,而是不同程度畸变的非正弦波。

根据傅立叶级数分析,可分解成基波分量和谐波分量。

谐波主要由谐波电流源产生,当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因此发生畸变,谐波电流注入到煤矿电力系统中,这些非线性设备就成为煤矿电力系统的谐波源。

1 煤矿供配电系统中谐波的成因
煤矿供配电系统中的含半导体的非线性元件是谐波产生的主要来源,如为矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等设备的电力电子设备,如各种变频器、交流软启动器、变流器、整流设备等。

煤矿供电网络谐波的危害主要是造成电网的功率损耗增加,设备寿命缩短,接地保护功能失灵,遥控功能失常,线路和设备过热等,还会引起变电站局部的并联或串联谐振,造成电力互感器,变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗,使造成供电网络设施损坏、元器件老化,造成电子保护装置误动作,增大附加磁场的干扰等。

用于矿井副井的提升电机,一般采用的大功率变频装置或大功率整流装置拖动;架线电机车直流660供电等。

煤矿井下的水泵由于高压、大功率设备（如AC1000V,1000kW）,一般采用自耦变压器降压启动或是采用大功率交流软启动器启动,它们向电网取用基波电流的同时,产生高次谐波电流。

是矿变电所的供电谐波污染更严重,功率因
数降低,而且谐波的次数比较低,该类大型设备污染最为严重。

2 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。

(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。

(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Δ/Y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Δ/Y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,加上Δ形接法绕阻就可以克服这个问题(容量为变压器额定值30%),它给循环不均衡及3N次谐波提供了通路,这样就可防止它们传回入配电系统。

(3)采用谐波补偿装置。

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。

随着时代的发展,电能质量问题已越来越引起用户和供电部门的重视。

应该应用先进的电能质量测试仪器,同时还要建立先进可靠的电能质量监测网络,及时分析和反映电网的电能质量水平,找出电网中造成电能质量谐波及故障的原因,采取相应的措施,为保证为煤矿电网的安全、稳定、经济运行提供重要的保障。

参考文献
[1] 刘燕燕,亓跃峰.电网谐波危害分析及在煤矿生产中的应用[J].现代电子技术,2005(18).
[2] 吴震春,任子晖,仇润鹤.煤矿电网谐波的测试与分析[J].煤炭科学技术,1993(6).。