煤礦供電系統(tǒng)諧波治理研究

盛兆峰+周生方+石亞洲

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力電子裝置在煤礦電網(wǎng)中的應(yīng)用更加廣泛，這就不可避免地產(chǎn)生大量諧波，嚴(yán)重污染了煤礦電源質(zhì)量。為了確保供電質(zhì)量，必須采取有效措施解決煤礦電網(wǎng)諧波污染問(wèn)題已是當(dāng)務(wù)之急，本文首先介紹了煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的原因，其次分析了煤礦供電系統(tǒng)諧波的危害，重點(diǎn)論述煤礦供配電系統(tǒng)的諧波治理，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供重要的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：諧波危害；供配電系統(tǒng)；諧波治理；煤礦

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.060

0 引言

隨著煤礦生產(chǎn)的發(fā)展，各種電力電子裝置使用越來(lái)越多，煤礦的電力負(fù)荷越來(lái)越大，電網(wǎng)的規(guī)模和容量也越來(lái)越大。由于煤礦生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化程度不斷提高，各種高精尖設(shè)備大量投入使用，因此對(duì)煤礦電網(wǎng)質(zhì)量要求越來(lái)越高。基于持續(xù)提升煤礦生產(chǎn)能力的影響下，增加了一系列的非線(xiàn)性與沖擊性裝置，這一系列的裝置在實(shí)現(xiàn)煤礦安全水平與生產(chǎn)效率提升的過(guò)程中，也導(dǎo)致煤礦電網(wǎng)注入很多的諧波，這對(duì)煤礦電能質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，從而導(dǎo)致通訊裝置受到干擾、裝置的應(yīng)用年限減少、損耗的電能增多。因此，不管是為了確保煤礦電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，還是為了確保煤礦機(jī)電裝置的安全性，實(shí)施有效的對(duì)策治理煤礦供電系統(tǒng)的諧波，這都顯得十分關(guān)鍵。

1 煤礦供電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的原因

結(jié)合工作過(guò)程中的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在煤礦生產(chǎn)用電過(guò)程與系統(tǒng)的發(fā)電裝置都可能出現(xiàn)諧波，特別是非電力荷載元件容易出現(xiàn)諧波。在煤礦生產(chǎn)中，主排水泵、煤礦提升機(jī)、直流式直升機(jī)是重點(diǎn)的非線(xiàn)性供電元件。另外，還涵蓋裝置外在礦井供電裝置當(dāng)中的輸出電力的系統(tǒng)。這一系列的元件都具備一樣的特點(diǎn)，即裝置可以接收正弦式電波輸出電壓，從而同步調(diào)整頻率與基波，進(jìn)最終使非正弦式波動(dòng)電流形成。

2 煤礦供電系統(tǒng)諧波的危害

（1）危害電力電纜.在供電系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)在輸電裝置的一系列區(qū)域搭設(shè)電纜，在出現(xiàn)諧波的時(shí)候，排布的電纜會(huì)放大諧波電流的效果，從而導(dǎo)致全部電網(wǎng)回路的電壓峰值出現(xiàn)非常大的改變，要么是損壞電纜線(xiàn)路，最終出現(xiàn)漏電的現(xiàn)象。另外，還會(huì)損害電纜線(xiàn)路的表皮，導(dǎo)致火花的出現(xiàn)。因?yàn)槊旱V存在非常多的煤塵和瓦斯，所以直接影響到煤礦生產(chǎn)的安全性。

（2）危害電機(jī)。因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)在供電的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致很多諧波的出現(xiàn)，以及諧波具備非常高的頻率，所以在供電系統(tǒng)裝置經(jīng)過(guò)諧波電流和電壓的過(guò)程中，大量的消耗會(huì)形成于裝置的回路當(dāng)中，并且諧波形成的電力也會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗。這樣一來(lái)，交流電機(jī)在變頻器的控制之下也會(huì)由于諧波電流而形成大量的電流，在大型電機(jī)上受到電流的影響下，電機(jī)的軸承會(huì)受到危害，甚至電機(jī)會(huì)被燒壞。

（3）導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)作的出。。因?yàn)橹C波電流的持續(xù)變大，會(huì)影響到全部電力的回路，這樣斷路器診斷到改變的電流峰值會(huì)進(jìn)行閉合。在經(jīng)過(guò)多次改變的電流峰值之后，斷路器的開(kāi)閉效果會(huì)降低，從而導(dǎo)致自動(dòng)裝置與斷電保護(hù)的誤動(dòng)作。并且改變了變壓器電壓合閘過(guò)程中電流的增幅效果，增加的諧波量會(huì)增加電流分量，從而使惡性循環(huán)形成，最終導(dǎo)致大量繼電保護(hù)的觸發(fā)。

3 煤礦供配電系統(tǒng)的諧波治理

煤礦供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的大量諧波，一定會(huì)對(duì)整個(gè)供電性產(chǎn)生大量危害。甚至影響整個(gè)供電系統(tǒng)的變化，進(jìn)而對(duì)各種用電設(shè)備造成破壞，對(duì)煤礦工業(yè)的運(yùn)作帶來(lái)影響，所以一定要采取有效措施來(lái)對(duì) 諧波進(jìn)行治理。

（1）選用大截面的電力電纜。在選用煤礦供電系統(tǒng)電力電纜截面的時(shí)候，需要兼顧諧波導(dǎo)致的電纜發(fā)熱情況，針對(duì)諧波連接關(guān)鍵擾動(dòng)裝置的配線(xiàn)，對(duì)電纜載流量進(jìn)行確定的情況下需要確保充足的裕量，在需要的情況下實(shí)現(xiàn)一級(jí)電纜截面的放大。

（2）選用適宜的變壓器。對(duì)連接變壓器的方式進(jìn)行合理地選擇，可以避免電源配電系統(tǒng)當(dāng)中傳輸3N次諧波電流和不平衡電流。在Δ/Y變壓器當(dāng)中，處于原邊繞組循環(huán)流動(dòng)的3N次諧波電流和不平衡電流不會(huì)往電源配電系統(tǒng)當(dāng)中傳輸。Δ/Y形變壓器是大部分煤礦供電系統(tǒng)應(yīng)用的變壓器。結(jié)合負(fù)載對(duì)額定電力變壓器容量進(jìn)行確定的情況下，需要兼顧畸變的諧波而留下裕量。在設(shè)計(jì)礦井的時(shí)候，通常需要確保70%——80%負(fù)荷率的變壓器，此裕量能夠避免諧波導(dǎo)致的變壓器發(fā)熱現(xiàn)象。再者，Δ形接法繞阻能夠解決此問(wèn)題，其為3N次諧波和不均衡的循環(huán)帶來(lái)了通路，如此就能夠避免向配電系統(tǒng)傳入。

（3）應(yīng)用諧波補(bǔ)償設(shè)備。針對(duì)煤礦當(dāng)中的帶式運(yùn)輸機(jī)的變頻裝置、通風(fēng)機(jī)、大功率提升機(jī)等關(guān)鍵的諧波源，在工作的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致高次諧波污染。為了對(duì)工作過(guò)程中的變頻器形成的諧波進(jìn)行控制，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用諧波補(bǔ)償設(shè)備，確保正弦波的電流輸入。傳統(tǒng)的是應(yīng)用LC調(diào)諧濾波器的諧波補(bǔ)償設(shè)備，其不但能夠?qū)χC波進(jìn)行補(bǔ)償，而且能夠?qū)o(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。然而，煤礦供電系統(tǒng)工作情況與阻抗會(huì)制約到補(bǔ)償性能，容易跟系統(tǒng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振，從而放大諧波，導(dǎo)致LC濾波器的過(guò)載。除此之外，其僅僅可以對(duì)頻率固定的諧波予以補(bǔ)償，難以實(shí)現(xiàn)顯著的效果，然而這種設(shè)備具備簡(jiǎn)單的構(gòu)造，依舊被普遍地應(yīng)用。在普及電力電子器件之后，補(bǔ)償諧波的的重要手段是應(yīng)用有源電力濾波器，有源濾波器的運(yùn)行原理是檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象的諧波電流，再形成跟諧波電流極性相反和大小一樣的補(bǔ)償電流，進(jìn)而使基波分量?jī)H僅存在于電網(wǎng)電流當(dāng)中。如此的濾波器可以跟蹤補(bǔ)償幅值與頻率都改變的諧波，以及補(bǔ)償特點(diǎn)不會(huì)受到電網(wǎng)阻抗的制約。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展，電能質(zhì)量問(wèn)題已越來(lái)越引起用戶(hù)和供電部門(mén)的重視。想要確保煤礦生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性，就務(wù)必高度關(guān)注煤礦供電系統(tǒng)的諧波危害，明確其出現(xiàn)的原因，借助有效的治理對(duì)策加以疏導(dǎo)，從而使傳導(dǎo)與形成的諧波減少，盡最大程度地保護(hù)供電系統(tǒng)，最終大大地提升煤礦生產(chǎn)效率與效益。

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