小屯礦6kV電網(wǎng)諧波污染治理技術(shù)實(shí)施方案

丁增林

（邯鄲市瑞達(dá)工程設(shè)計(jì)有限公司，河北省邯鄲市，056001）

小屯礦6kV電網(wǎng)諧波污染治理技術(shù)實(shí)施方案

丁增林

（邯鄲市瑞達(dá)工程設(shè)計(jì)有限公司，河北省邯鄲市，056001）

對(duì)小屯礦6kV電網(wǎng)諧波治理的必要性、可行性及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，提出了諧波治理方案，介紹了治理方案所需的主要設(shè)備。

電網(wǎng)諧波 必要性 可行性 經(jīng)濟(jì)效益 治理方案

1 現(xiàn)狀

冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司小屯礦位于河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)東北部，礦井井田西到西南部與薛村礦井田毗鄰；東到南部與羊渠河礦羊東井田相鄰；西南部與牛兒莊礦井田相鄰；北部與大淑村礦井田毗鄰；東部以坐標(biāo)連線為界，為深部未采區(qū)。井田走向長(zhǎng)3700m，傾斜長(zhǎng)5200m，井田面積8.4km2。

小屯礦1958年投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.21 Mt／a，1987年小屯礦改擴(kuò)建，生產(chǎn)能力擴(kuò)至0.6 Mt／a，2006年礦井核定生產(chǎn)能力為0.8Mt／a。經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)采，小屯礦礦井生產(chǎn)格局發(fā)生了巨大變化，＋41m水平、－50m水平、－190m水平已基本采完，目前礦井生產(chǎn)已轉(zhuǎn)移到－300m水平。

根據(jù)小屯礦生產(chǎn)通信和信號(hào)裝置使用情況的直觀反映，該礦行政與生產(chǎn)調(diào)度通信噪音干擾嚴(yán)重，影響通信質(zhì)量，井下部分地區(qū)的人車(chē)感應(yīng)信號(hào)、軌道絞車(chē)信號(hào)及其它通訊信號(hào)常受到干擾、中斷，有時(shí)甚至無(wú)法正常工作，成為安全生產(chǎn)的隱患。杭州銀湖公司對(duì)小屯礦變電站主變壓器6kV母線側(cè)的測(cè)試結(jié)果顯示：5次諧波電流最大實(shí)測(cè)值為43.3A（基準(zhǔn)短路容量100MVA），5次諧波電壓畸變率為T(mén)HD5為4.1%；7次諧波電流最大實(shí)測(cè)值為48.4A（基準(zhǔn)短路容量100MVA），7諧波電壓畸變率THD7為10.2%。超過(guò)國(guó)標(biāo)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB／T 14549－1993（相對(duì)于基準(zhǔn)短路容量100MVA、6kV電網(wǎng)規(guī)定5次諧波電流允許值34A，7次諧波電流允許值24A）規(guī)定的注入公共聯(lián)接點(diǎn)的諧波電流允許值，7次諧波電流嚴(yán)重超限。

2 電網(wǎng)諧波治理的必要性、可行性及經(jīng)濟(jì)效益

2.1 必要性

電網(wǎng)諧波超限可以使電能質(zhì)量受到污染、供電質(zhì)量下降、附加損失增加、傳輸能力下降；可以使變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯渦流損耗增加、溫度上升、絕緣加速老化、效率和利用率降低、使用壽命縮短。在諧波電流的作用下，電容器會(huì)產(chǎn)生額外的功率損耗，絕緣介質(zhì)加快老化。諧波電流超限嚴(yán)重時(shí)，流過(guò)三相中性線的電流大量增加使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪音和過(guò)電流，這使得電容器和電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化、縮短壽命以至損壞，進(jìn)而使通訊線路產(chǎn)生嚴(yán)重噪聲。因此，為保證小屯礦通訊和監(jiān)測(cè)線路正常可靠、電氣設(shè)備完好運(yùn)轉(zhuǎn)、提高供電質(zhì)量，以及保證安全生產(chǎn)，有必要對(duì)小屯礦6kV電網(wǎng)諧波污染進(jìn)行治理。

2.2 可行性

高壓電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生源主要是電力系統(tǒng)中存在各種非線性元器件。產(chǎn)生諧波的元器件有很多，如：變壓器、變頻器、各種燈具、電焊機(jī)等，這些都是產(chǎn)生諧波源的元器件。治理電網(wǎng)諧波首先應(yīng)該確定產(chǎn)生諧波源的主要部件，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加設(shè)濾波器進(jìn)行諧波調(diào)諧抑制，使之發(fā)生串聯(lián)諧振，從而削除諧波的危害。抑制高次諧波技術(shù)采用的辦法是電源濾波、屏蔽及減少開(kāi)關(guān)電源本身干擾能量。電源濾波器可以阻止電網(wǎng)中的干擾進(jìn)入開(kāi)關(guān)電源，也可以阻止開(kāi)關(guān)電源的干擾進(jìn)入電網(wǎng)；屏蔽技術(shù)可以有效地防止向外輻射干擾；減少開(kāi)關(guān)電源本身干擾，利用改善線圈繞制工藝，確保繞組之間緊密耦合以減少變壓器漏感，還可以在高頻整流二極管上串入抗飽和磁芯線圈，利用流過(guò)反向電流時(shí)因磁芯不飽和而產(chǎn)生的較大電勢(shì)阻止反向電流上升。所以電網(wǎng)諧波污染治理從技術(shù)上是可行的。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益

小屯礦作為集團(tuán)公司諧波治理試點(diǎn)，購(gòu)置了一套諧波吸收和無(wú)功補(bǔ)償一體化結(jié)構(gòu)的MCR型高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC），通過(guò)切換可分別投到兩段6kV主母線上。變電站現(xiàn)有固定補(bǔ)償電容器保留，作為新裝置檢修和故障時(shí)的備用補(bǔ)償。

從功耗指標(biāo)分析，MSC型可以忽略不計(jì)，而TCR型和MCR型的自身功耗每年折合電費(fèi)約5～6萬(wàn)元。但TCR和MCR可將功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上，以小屯礦－600m水平延深改擴(kuò)建后平均負(fù)荷7800kW計(jì)算，每年可減少電費(fèi)支出40多萬(wàn)元，而MSC的功率因數(shù)是隨無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)的，平均以0.93計(jì)。上述減耗不包括由于功率因數(shù)的提高使線路、主變壓器傳輸損耗電費(fèi)的減少和功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的減少。

3 諧波治理方案

綜合諧波濾波和功率因數(shù)補(bǔ)償諧波治理方案提出了3種技術(shù)方案：（1）機(jī)械投切電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置（MSC型SVC）＋諧波濾波支路；（2）磁控電抗器動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（MCR型SVC）；（3）晶閘管控制電抗器型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（TCR型SVC）。

根據(jù)小屯礦現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，5次、7次諧波指標(biāo)超標(biāo)，需要加裝濾波支路。由于濾波支路同時(shí)具有容性無(wú)功補(bǔ)償功率作用（約2000kVar），MSC型SVC聯(lián)用會(huì)大大減少M(fèi)SC型SVC的動(dòng)態(tài)范圍，甚至在低負(fù)荷時(shí)發(fā)生功率因數(shù)過(guò)補(bǔ)償，二者技術(shù)相容性較差。而MCR型SVC、TCR型SVC與諧波濾波支路系本質(zhì)一體化裝置，技術(shù)完全相容，使功率因數(shù)補(bǔ)償與諧波濾波互不影響又互為兼顧。它們的另一大技術(shù)優(yōu)勢(shì)是可連續(xù)快速調(diào)節(jié)補(bǔ)償量，有效抑制電壓閃變，使功率因數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值（例如0.95或以上）上。

至于MCR型SVC和TCR型SVC，二者技術(shù)性能相當(dāng)，但TCR型SVC價(jià)格高于MCR型SVC，其數(shù)十只晶閘管工作于高電壓、大電流工況，損壞概率高，動(dòng)態(tài)損耗大，需設(shè)專(zhuān)門(mén)的純水冷卻系統(tǒng)解決散熱，因而運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。

4 方案主要設(shè)備

采用諧波濾波支路與MCR型SVC磁控式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，主要包含諧波濾波和MCR磁控式動(dòng)態(tài)補(bǔ)償兩部分，主要設(shè)備有MCR型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置1套、5次濾波支路1套、7次濾波支路1套（支路數(shù)量按5次、7次考慮）。

設(shè)備安裝需在小屯變電站6kV室增加2臺(tái)6kV GG1A－Z07出線柜，增加電纜360m。土建部分需在小屯變電站建一座5.7m×13m×4.5m諧波治理配電室。

[1] 孫學(xué)軍.基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的煤礦電網(wǎng)實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)煤炭，2011（8）

[1] 朱全印，高保衛(wèi).煤礦電網(wǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭，2009（9）

Implement measures of harmonic pollution treatment of 6 kV power grid in Xiaotun coal mine

Ding Zenglin

（Ruida Engineering Design Co.，Ltd.，Handan，Hebei 056001，China）

The necessity，feasibility and economic benefits of power grid harmonic pollution elimination in Xiaotun coal mine was analyzed，and the implement measures and the required main facilities were proposed.

power grid harmonic wave，necessity，feasibility，economic benefit，implement measure

TD612

B

丁增林（1962－），男，電氣工程師，現(xiàn)任職于河北省邯鄲市瑞達(dá)工程設(shè)計(jì)有限公司。

（責(zé)任編輯 張艷華）