选煤厂电网谐波抑制的探讨

2015-05-08刘浩洋

江西煤炭科技 2015年3期

刘浩洋

（中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司，河南平顶山467002）

1 谐波的分类与产生原因

在我国，电力系统中任何工频频率不是50Hz的周期信号均为谐波。按照不同的划分原理，分类如下：① 根据谐波次数的奇偶性来划分，包括偶次谐波（4、6、8、10… …）和奇次谐波（3、5、7、9、11… …）；② 根据谐波的频率大小来划分，包括3次谐波、5次谐波等，其中后者的频率为基波频率的5倍；③ 根据谐波的序列来划分，包括负序谐波、零序谐波与正序谐波〔1〕。谐波的次数与序列关系见表1。

表1 谐波的次数与序列关系

选煤厂电网系统中的谐波污染来源主要包括以下三部分：一是发电电源质量不高而产生谐波；二是输配电系统中产生谐波；三是用电设备产生的谐波〔2〕。其中第三方面为谐波产生的最主要原因。选煤厂设备含有大量可能产生谐波电压和谐波电流的电气设备，如变频电机、TBS精矿泵、交直流弧焊机、主厂房合格介质泵、滤液转排泵、筛分车间原煤分级筛、筛分车间手选输送泵和浮选精煤压滤机入料泵等选煤厂电气设备会在工作中均会产生大量谐波，对选煤厂的电网系统造成污染，是选煤厂电网系统的一大公害。

2 谐波的危害

在煤炭洗选过程中，选煤厂电网系统及系统中的设备受到的谐波污染，使得选煤厂的电力设备、供电线路和用电设备受到危害，存在不稳定的安全隐患，主要体现在以下几个方面。

2.1 对电力设备的危害

（1）电力变压器。与纯基波的正弦波电压和电流相比较，变压器受到谐波电压和电流的影响时，铁损和负载损耗增加。与此同时，谐波电流会使变压器某些部件、外壳和外层硅钢片温升增加，使变压器噪声增大，使用寿命变短。因此，在现在选煤厂设计中，为了减少投资，提高各个环节的节能设计，减少电力系统产生的谐波对变压器的影响，变压器应选择低损耗节能型，例如：SC9型干式变压器，具有体积小，便于设备配置，维护方便等优点。

（2）电力补偿电容器。在谐波电压的影响下，电容器与供电系统其它部分产生串联、并联谐振，电容器中的介质损耗会明显增加，产生额外的功率损耗。由于电容器的电抗和频率之间是反比例关系，所以即使电网中的高次谐波比例很小，同样会产生明显的谐波电流，从而造成补偿电容器过电压和过电流，导致电容器损坏、击穿或爆炸。电容器是很容易受谐波影响的电子元件，根据相关材料统计显示，电气设备的损坏中有80%以上均是由电容器损坏这个因素而导致的〔3〕。

2.2 对供配电线路的危害

（1）影响线路的正常稳定运行。供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用感应式继电器、电磁式继电器或晶体管继电器进行检测保护，在谐波的作用下，容易造成误动作、误触发或拒动作的现象。例如变压器合闸涌流中的谐波分量、大功率设备频繁起停产生的谐波电流等，这些都会给选煤厂电网系统中的供配电线路造成不必要的供电中断和损失。

（2）影响电网的质量。受到谐波的影响，选煤厂电力系统中电网的电压与电流波形更容易发生畸变。相同频率的谐波电压与电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量，严重时可能会影响整个公共电网的供电质量。

2.3 对用电设备的危害

（1）电动机。受到谐波电流和电压的影响，电动机会有附加的铜损和铁损，造成无功功率增加，从而使电动机效率降低，加速绝缘介质老化，产生机械震动、噪音增大等。因此，在选择电动机时应考虑这些因素对电机的影响，尽量选择国内外知名品牌的电机，且电机功率应有一定的余量，来满足电机能力的提高。

（2）低压开关设备。由于谐波泄露电流的作用，可能使断路器、接触器和电机综合保护器等低压元器件异常发热，导致元器件电流的承载能力下降，出现误动作，减少低压开关设备的使用寿命，严重时对人员人身安全造成危害。例如，选择配电线路中低压断路器时应在满足额定电流、长延时电流、短延时电流及瞬动电流的要求下，进而选取性能可靠，安全性强的断路器，以减少元器件的误操作。

（3）通讯、控制和测量系统。由于电力线的谐波电流和谐波电压会产生感应电磁场，从而降低通信质量，使通信系统无法正常工作。PLC通讯系统及仪器仪表、调度通讯、工业电视由于自身的信号较弱，受到谐波污染的工作电源必然引起PLC及仪器仪表信号不稳定，导致集中控制系统、通讯系统、工业电视系统不能正常工作〔4〕。因此，选煤厂设计中，要求选择控制及各种通讯电缆均采用屏蔽电缆，且要求配电电缆和控制、通讯电缆分桥架敷设，即使在一个桥架内敷设，也要求中间用隔板隔开，避免控制、通讯产生的谐波对供电系统的干扰。

3 谐波的防治

3.1 采取有效的技术措施

（1）并联调谐滤波器。将由L－C－R电路组成的滤波器并联在电网系统上，使选煤厂电网系统的等效阻抗发生变化。根据L－C－R电路的原理，当电路发生谐振时阻抗最小，而此时的调谐频率即为此回路中调谐滤波器工作的最佳状态。这时，该支路中存在的大部分谐波电流被调谐滤波器消除，从而抑制谐波对选煤厂电网系统造成的危害。

（2）串接6%容抗的电抗器。在一般的电网系统和谐波容量较小的情况下，通常采用在电网电路中串联接入6%容抗电抗器的措施。这可以很好地消除选煤厂电网系统中的谐波污染，保证电容器正常工作，使电路的功率因数得到提高，同时可以使谐波对电网的污染达到谐波防治的规范要求。在复杂的电网系统和谐波容量较大的情况下，需要分析电网系统和电气设备的谐波电流耐受水平，满足条件时才可采用该措施。选煤厂设计中，低压系统一般采用集中补偿，电抗比一般选用6%，选煤厂无功补偿原理见图1。

图1 选煤厂无功补偿原理

（3）移动电网等效阻抗位置。该方法应用的滤波器也是由电容器和电抗器组成，但是与并联调谐滤波器和串接6%容抗的电抗器的方法原理不同。它不需要调谐在某个特定谐波频率，而是改变电网系统的等效阻抗最小值所处频率轴的位置。按照滤波性征配置的不同，可以满足不同的分流特性和阻抗特性标准，达到抑制谐波的目的。

此外，选煤厂还应用整流变压器的联结方式采用Dy11型联结等技术措施来抑制谐波。

3.2 科学化管理

选煤厂供电管理部门应该结合选煤厂供电系统的实际情况，以提高企业经济效益为目标，优化产品结构和生产指标，制订合理的产品结构。可进行选煤工艺管理；重选设备分选效果评定，绘制分配曲线，月综合煤质资料整理，绘制粒度曲线和可选性曲线；分选指标的预测和优化。在出现突发事件时或根据用户要求，系统对现场进行实时视频捕获，定时、实时录象。分析现场设备所产生的谐波对系统的影响，以便及时处理。

利用计算机模拟选煤厂生产过程，动态反映各生产工艺环节质量变化情况，确定各作业最佳工况参数。并可将有关信息反馈给生产控制系统，用于指导选煤厂生产。在采取有力的技术措施基础上，加强监管，不能发生先污染后治理的现象，应当采取下列措施：① 严格审核即将投入电力电子设备的谐波水平，应满足设备技术规范，假如设备的谐波水平超过国家标准指标，严禁采购并投入使用；② 对已经投入运行的设备采取相应的技术措施，尽可能地减少其产生的谐波污染电网系统。