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/j.cnki.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。

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