煤矿供电系统谐波治理研究与应用

摘 要：针对煤矿企业来讲，谐波是供电系统最大的危害，借助电网在供电系统的一系列环节当中工作，导致电网电压出现畸形改变，还能够损害煤矿企业的电气装置。为此，本文阐述了煤矿企业供电系统治理谐波的策略，以及煤矿供电系统治理谐波的应用效果。

关键词：煤矿；供电系统；谐波；治理；应用

0 引言

随着科学技术的发展，工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。谐波给电力系统带来的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。对于煤矿企业来说，随着矿井提升系统、井下绞车、通风系统以及运输系统采用了变频器驱动后，异常情况的发生更加频繁和严重。因此说“谐波污染”已经成为煤矿企业供电系统的公害之一，很有必要对煤矿供电网络进行谐波治理，消除谐波对其他设备所产生的干扰。

1 煤矿供电系统中谐波的原因和危害

煤矿供电系统中的主要谐波源是含半导体的非线性元件，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节能和控制用的电力电子设备等，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，从而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当谐波电流流经变压器时会导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会使铁损增加还可导致变压器的基波负载容量下降，效率降低以及变压器铁芯振动，噪声增加，寿命缩短谐波电流和电压会造成电动机铁损和铜损的增加，引起额外温升，导致电动机效率降低，同时还产生附加转矩增加噪声，造成电动机振动而降低使用寿命谐波会造成电容器过电流，使电容器与供配电系统产生并联谐振或串联谐振，这将造成电容器迅速发生故障同时，电容器会放大谐波，增大谐波对矿井供配电系统的影响在导体中非正弦波电流与具有相同方均根值的纯正弦波电流相比，会引起额外温升，减小额定载流量，引发导体绝缘破坏或烧毁。谐波如果不经过治理直接进入上级电网，将会给电网带来严重的谐波污染。

2 煤矿企业供电系统治理谐波的策略

结合有关的检测能够明确，大量的谐波存在于供电系统中，这务必会在电流的影响下流动在整个的系统当中，也会对一系列的用电装置产生影响，会不利于煤矿企业的顺利生产，为此，应当对谐波实施有效的治理策略。

2.1 实施动态补偿与治理谐波的一体化

此种手段是直接性地跟供电系统并联或者是借助电抗并联无功发生器中自换相的桥式变流电路，它里面的内部智能控制模块可以探究运行且获得无功补偿，对桥式电路所输出的交流电压幅值和相位进行自动地调节，以使输送进供电系统当中的电压处在正弦波的形式，此种手段使得质量谐波和动态补偿的功能得以实现。

2.2 谐波补偿设备的加设

针对煤矿生产来讲，出现谐波的源头是带式输送机、大功率提升机、通风机，在工作的过程中会导致高次谐波而形成污染。为此，应对变压器而出现的谐波进行抑制，可以将谐波补偿设备进行加设，保障电流根据正弦波输送。像是往往使用的手段是加设五次单调谐滤波器在变频器母线上，以及借助角形接线，针对单相使用一串七并的形式。

2.3 选用变压器

变压器当中存在着比较多的非线性元件，是出现谐波的一种重要器件。针对选用变压器来讲，务必选用科学、准确的接线手段，从而阻止3N次谐波电流和不平衡电力，避免由原变供电系统当中传递。针对星形（三角形）变压器来讲，不平衡电力和3N次谐波电流都能够循环流动在初级绕组中，且不会在供电系统中传递。针对煤矿企业应用比较多的星形（三角形）变压器，务必结合负载对变压器的额定容量进行确定，并且还应思考出现谐波畸变，以预留出裕量，避免由于谐波导致变压器的发热。

2.4 电力电缆线的科学选用

在选用电力电缆线的时候，务必兼顾其电缆的截面，先是需要思考倘若出现谐波就会导致电缆的发热，为此，针对谐波可以扰动的装置务必思考选用适宜的配线，借助有关计算公式对电缆承载流量时候所要求的裕量值进行计算。而斜长、弧垂、持续等一系列的要素会制约裕量值。例如，对于接续来讲，搭接电线务必导致裕量的增量，并且还会受到接线工艺以及导地线长度的制约。从广义上来讲，不可以超出1.1m的接线长度，倘若根据2000m计算接地导线长度，那么会导致小于0.06%的裕量增量。

2.5 改造谐波源

要想使得谐波消除，先应着眼于出现谐波的根源，而出现谐波的关键源头是一系列非线性的元件，为此应立足于电子设备本身，实施有效的策略减少谐波的出现。其中，变流设备周期的强化可以使得脉动的次数减少，以及使得起伏的幅值大小降低，从而借助技术使得谐波员减小。实施这种策略务必借助波段检测设备，在技术上对不正常的波段进行干预，并且还应当将频率较高的因数整流器应用在供电系统当中，以对谐波源进行自动地改造。

3 煤矿供电系统治理谐波的应用效果

3.1 提高了系统电源的质量

在治理谐波的时候，SVG投入滤波功能，大大地改善了电流和电压的波形，跟正弦波非常得接近。显著地降低了电流和电压的畸变率，有着非常理想的改善效果，实现了国家标准的需要。除此之外，能够在恒定电压的形式下运行，在有效的范围内设计供电系统的电压，确保了供电系统电压的稳定性，在额定工况点周围运行用电装置，使得用电装置的工况参数得以有效地改善。

3.2 提高了功率因数

能够在恒定功率因数的形式下运行谐波治理的设备，以及设置相应范围的功率因数，会结合系统的情况自动地对无功补偿进行调整，通过显示的后台计算机报表，大大地提高了设备的功率因数，并且使得由于要求增加负荷而扩容电容器的情况解决。

3.3 实现了理想的谐波治理效果

在治理谐波之后，实现了理想的谐波治理效果，大大地减少了总进线当中谐波的电流，各次谐波电流的含量和供电系统电压畸变率都远远地低于国家的要求，并且使得主井馈出开关柜电流互感器电磁噪声大、电容器啸叫，以及变电所母排振动发响等一系列的情况消除。电容器未曾放大谐波，一系列的电容器组能够长时间安全地工作，使得系统装置的工作稳定性提高。

3.4 实现了理想的节电效益

在治理谐波之后，每一年的节电量都非常得明显，进而节省了电费的支出，不到两年的时间就能够对投资的资本进行回收。

4 结论

综上所述，在科学技术不断进步的影响下，在煤矿企业将更加先进的装置投入，煤矿电网也得以迅速地发展，而普遍性地应用电子器件与大型非线性装置，使得煤矿电网产生了大量谐波，进而形成了谐波污染，这不利于煤矿矿井电网安全性的提高。为此，分析和探索煤矿供电系统出现谐波的原理，且实施一定的解决策略进行治理，以保障煤矿供电系统与装置的稳定性工作，进而使得供电质量得以改善，让电能切实变成没有污染的绿色化的能源。

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作者简介：赵青华（1984—），男，河南淮阳人，2008年毕业于河南理工大学机电一体化专业，助理工程师，现从事机电安全监察与管理工作。

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