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煤矿供电系统谐波治理研究

盛兆峰+周生方+石亚洲
摘 要：随着经济的迅速发展，电力电子装置在煤矿电网中的应用更加广泛，这就不可避免地产生大量谐波，严重污染了煤矿电源质量。为了确保供电质量，必须采取有效措施解决煤矿电网谐波污染问题已是当务之急，本文首先介绍了煤矿供电系统出现谐波的原因，其次分析了煤矿供电系统谐波的危害，重点论述煤矿供配电系统的谐波治理，为煤矿企业的安全生产提供重要的理论指导。
关键词：谐波危害；供配电系统；谐波治理；煤矿
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.060
0 引言
随着煤矿生产的发展，各种电力电子装置使用越来越多，煤矿的电力负荷越来越大，电网的规模和容量也越来越大。由于煤矿生产机械化、自动化程度不断提高，各种高精尖设备大量投入使用，因此对煤矿电网质量要求越来越高。基于持续提升煤矿生产能力的影响下，增加了一系列的非线性与冲击性装置，这一系列的装置在实现煤矿安全水平与生产效率提升的过程中，也导致煤矿电网注入很多的谐波，这对煤矿电能质量产生了严重的影响，从而导致通讯装置受到干扰、装置的应用年限减少、损耗的电能增多。因此，不管是为了确保煤矿电网运行的经济性和安全性，还是为了确保煤矿机电装置的安全性，实施有效的对策治理煤矿供电系统的谐波，这都显得十分关键。
1 煤矿供电系统出现谐波的原因
結合工作过程中的电力系统来说，在煤矿生产用电过程与系统的发电装置都可能出现谐波，特别是非电力荷载元件容易出现谐波。在煤矿生产中，主排水泵、煤矿提升机、直流式直升机是重点的非线性供电元件。另外，还涵盖装置外在矿井供电装置当中的输出电力的系统。这一系列的元件都具备一样的特点，即装置可以接收正弦式电波输出电压，从而同步调整频率与基波，进最终使非正弦式波动电流形成。
2 煤矿供电系统谐波的危害
（1）危害电力电缆.在供电系统中，应当在输电装置的一系列区域搭设电缆，在出现谐波的时候，排布的电缆会放大谐波电流的效果，从而导致全部电网回路的电压峰值出现非常大的改变，要么是损坏电缆线路，最终出现漏电的现象。另外，还会损害电缆线路的表皮，导致火花的出现。因为煤矿存在非常多的煤尘和瓦斯，所以直接影响到煤矿生产的安全性。
（2）危害电机。因为供电系统在供电的时候会导致很多谐波的出现，以及谐波具备非常高的频率，所以在供电系统装置经过谐波电流和电压的过程中，大量的消耗会形成于装置的回路当中，并且谐波形成的电力也会导致损耗。这样一来，交流电机在变频器的控制之下也会由于谐波电流而形成大量的电流，在大型电机上受到电流的影响下，电机的轴承会受到危害，甚至电机会被烧坏。
（3）导致继电保护误动作的出。。因为谐波电流的持续变大，会影响到全部电力的回路，这样断路器诊断到改变的电流峰值会进行闭合。在经过多次改变的电流峰值之后，断路器的开闭效果会降低，从而导致自动装置与断电保护的误动作。并且改变了变压器电压合闸过程中电流的增幅效果，增加的谐波量会增加电流分量，从而使恶性循环形成，最终导致大量继电保护的触发。
3 煤矿供配电系统的谐波治理
煤矿供电系统中出现的大量谐波，一定会对整个供电性产生大量危害。甚至影响整个供电系统的变化，进而对各种用电设备造成破坏，对煤矿工业的运作带来影响，所以一定要采取有效措施来对 谐波进行治理。
（1）选用大截面的电力电缆。在选用煤矿供电系统电力电缆截面的时候，需要兼顾谐波导致的电缆发热情况，针对谐波连接关键扰动装置的配线，对电缆载流量进行确定的情况下需要确保充足的裕量在需要的情况下实现一级电缆截面的放大。
（2）选用适宜的变压器。对连接变压器的方式进行合理地选择，可以避免电源配电系统当中传输3N次谐波电流和不平衡电流。在Δ/Y变压器当中，处于原边绕组循环流动的3N次谐波电流和不平衡电流不会往电源配电系统当中传输。Δ/Y形变压器是大部分煤矿供电系统应用的变压器。结合负载对额定电力变压器容量进行确定的情况下，需要兼顾畸变的谐波而留下裕量。在设计矿井的时候，通常需要确保70%——80%负荷率的变压器，此裕量能够避免谐波导致的变压器发热现象。再者，Δ形接法绕阻能够解决此问题，其为3N次谐波和不均衡的循环带来了通路，如此就能够避免向配电系统传入。
（3）应用谐波补偿设备。针对煤矿当中的带式运输机的变频装置、通风机、大功率提升机等关键的谐波源，在工作的时候会导致高次谐波污染。为了对工作过程中的变频器形成的谐波进行控制，应当应用谐波补偿设备，确保正弦波的电流输入。传统的是应用LC调谐滤波器的谐波补偿设备，其不但能够对谐波进行补偿，而且能够对无功功率进行补偿。然而，煤矿供电系统工作情况与阻抗会制约到补偿性能，容易跟系统出现并联谐振，从而放大谐波，导致LC滤波器的过载。除此之外，其仅仅可以对频率固定的谐波予以补偿，难以实现显著的效果，然而这种设备具备简单的构造，依旧被普遍地应用。在普及电力电子器件之后，补偿谐波的的重要手段是应用有源电力滤波器，有源滤波器的运行原理是检测出补偿对象的谐波电流，再形成跟谐波电流极性相反和大小一样的补偿电流，进而使基波分量仅仅存在于电网电流当中。如此的滤波器可以跟踪补偿幅值与频率都改变的谐波，以及补偿特点不会受到电网阻抗的制约。
4 结语
综上所述，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。想要确保煤矿生产的安全性和稳定性，就务必高度关注煤矿供电系统的谐波危害，明确其出现的原因，借助有效的治理对策加以疏导，从而使传导与形成的谐波减少，尽最大程度地保护供电系统，最终大大地提升煤矿生产效率与效益。
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）：123-124.
[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（06）：156-157.
[3]张志强.煤矿供电系统无功功率补偿和谐波治理[J].电力学 报，2009（04）：306-310.
[4]沈伯泽，鹿守明.煤矿6kV供电系统谐波治理研究与应用[J].煤炭科技，2011（03）：7-8.
[5]赵雪林，周卫伟，王建华等.煤矿高压供电系统谐波治理技术研究与应用[J].电源技术，2010（03）：280-283.

-全文完-