煤礦供配電系統(tǒng)的諧波危害及防治對策分析

任浩鵬　施文俊　戴新月

摘 要：諧波會導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的電壓和電流負(fù)擔(dān)增加，造成波形畸變，進(jìn)而影響供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，埋下一定的安全隱患，甚至損壞設(shè)備。因此，對煤礦供配電系統(tǒng)的諧波危害及其防治對策展開了研究。

關(guān)鍵詞：煤礦；供配電系統(tǒng)；諧波；防治對策

中圖分類號：TD61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.154

煤炭是我國社會的主要資源之一，對社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)起著積極的推動作用。在煤礦生產(chǎn)的過程中，供配電系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，是煤礦的重要基礎(chǔ)設(shè)施。但煤炭供配電系統(tǒng)所處的環(huán)境復(fù)雜，受到諧波影響后，電流會發(fā)生畸變，這些電流流入煤礦電力系統(tǒng)后，會直接影響供配電的穩(wěn)定性，并縮短電力設(shè)備的使用壽命，甚至燒毀設(shè)備。這不僅會威脅工人的人身安全，還會影響煤礦的正常生產(chǎn)，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，煤礦企業(yè)必須提高對諧波危害的重視程度，加強(qiáng)防治。

1 煤礦供配電系統(tǒng)的諧波危害

近年來，煤礦生產(chǎn)中對電能的應(yīng)用越來越廣泛，煤礦生產(chǎn)正在逐步走向工業(yè)化和現(xiàn)代化。但由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境具有一定特殊性和復(fù)雜性，煤礦供配電系統(tǒng)在輸電、配電、用電過程中都有可能受到諧波的影響。煤礦供配電系統(tǒng)中的諧波主要來自半導(dǎo)體的非線性元件，比如各種變頻器、通風(fēng)機(jī)等。這些非線性元件在運(yùn)行中具有非線性磁化曲線、鐵芯內(nèi)飽和的特性，會導(dǎo)致磁化電流呈尖頂性，含有大量的奇次諧波，進(jìn)而增加電流和電壓負(fù)荷，使工作點(diǎn)偏離線性軌道，產(chǎn)生諧波電流。諧波電流的產(chǎn)生會對供配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備造成不利影響，用電網(wǎng)元件受到諧波的影響后，用電和輸電設(shè)備的性能會大大降低，甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)癱瘓；如果諧波電流長時(shí)間存在，會導(dǎo)致線路升溫，電纜會因過載而過熱，造成絕緣層毀壞，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)事故。

諧波會對變壓器造成不利影響。變壓器在受到諧波影響后，會引發(fā)局部發(fā)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致變壓器的頻率升高、電流增加、額外損失增大、荷能力下降、噪聲增大。上述問題會直接縮短變壓器的使用壽命。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，65%的變壓器故障是由諧波引起的。

諧波會對通信信號造成干擾，降低通信質(zhì)量，甚至導(dǎo)致傳輸信息數(shù)據(jù)丟失。此外，諧波還會導(dǎo)致保護(hù)和控制設(shè)備誤動，這種誤動對供配電系統(tǒng)的危害極大，不僅會導(dǎo)致計(jì)量儀表出現(xiàn)誤差，還會導(dǎo)致設(shè)備故障點(diǎn)擴(kuò)大，使整個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)均陷入癱瘓。

2 煤礦供配電系統(tǒng)諧波的防治對策

通過上述分析，防治諧波是保障供配電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全的重要基礎(chǔ)。

2.1 科學(xué)選擇變壓器

變壓器是整個(gè)供配電系統(tǒng)的核心設(shè)備，直接影響著供電的穩(wěn)定性和可靠性。為了減少諧波對變壓器的干擾，保障變壓器的安全，選擇合適的變壓器至關(guān)重要。不同變壓器的性能和特性不同，對諧波畸變留有的裕量也不同。在選擇變壓器時(shí)，必須結(jié)合負(fù)載容量、諧波畸變留有的裕量確定變壓器的定額容量，從而避免變壓器被諧波干擾。此外，還要科學(xué)地選擇變壓器的接線方式，從而阻止不平衡電流和諧波電流流入供配電系統(tǒng)；考慮系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，以保障系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、適用性，避免浪費(fèi)資源。

2.2 合理選擇電力電纜

必須嚴(yán)格挑選煤礦供配電系統(tǒng)的電纜，如果電纜存在問題，則極易引發(fā)火災(zāi)。選擇電纜時(shí)必須考慮諧波引起的發(fā)熱問題，根據(jù)諧波的影響程度確定電力電纜的截面積。在選擇連接諧波主要擾動源設(shè)備的配線時(shí)，要保障電纜的載流量留有足夠的裕量，盡可能地選擇放大一級的電纜截面，從而提高電纜的耐用性和負(fù)荷承載能力。此外，在三相四線制系統(tǒng)中，確定中性線截面積時(shí)要考慮三次諧波電流和高次諧波電流流入時(shí)引發(fā)的集膚效應(yīng)，避免因集膚效應(yīng)而造成電纜發(fā)熱，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

2.3 加裝靜止無功補(bǔ)償裝置

加裝靜止無功補(bǔ)償裝置能有效補(bǔ)償負(fù)載的無功功率，為相關(guān)設(shè)備提供容性無功功率，滿足設(shè)備的無功需求，從而提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率和功率因數(shù)，減小負(fù)載電流，降低電路損耗。多數(shù)諧波是因大功率設(shè)備運(yùn)行而產(chǎn)生的，通過加裝靜止無功補(bǔ)償裝置，可抑制變頻器運(yùn)行中諧波的產(chǎn)生。此外，還可補(bǔ)償無功功率，使流入的電流成為正弦波，從而降低諧波電流產(chǎn)生的概率。但加裝靜止無功補(bǔ)償裝置時(shí)，易對供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和阻抗造成影響，且易與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，進(jìn)而放大諧波，導(dǎo)致LC濾波器燒毀，引發(fā)火災(zāi)。因此，在應(yīng)用過程中，必須全面考慮并聯(lián)諧振問題，避免電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。通常情況下，應(yīng)選擇調(diào)諧式的電容器組。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝簡便，能避開電流可能出現(xiàn)諧波的頻率，保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 結(jié)束語

新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，人們對煤炭資源的需求量越來越大，煤炭的開采力度隨之提高，市場競爭日益激烈。因此，煤炭企業(yè)想要提高自身的競爭實(shí)力，就必須保證安全生產(chǎn)，在選擇電氣設(shè)備、電子設(shè)備時(shí)，必須充分考慮諧波危害問題。

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〔編輯：張思楠〕