煤礦供電網(wǎng)絡(luò)諧波治理分析

1、煤礦供電網(wǎng)絡(luò)諧波治理分析摘要：要想保證煤礦供電的經(jīng)濟(jì)與安全性，就要嚴(yán)格要求煤礦供電的質(zhì)量，這是保證煤礦供電經(jīng)濟(jì)安全的重點(diǎn)。但是，供電系統(tǒng)在運(yùn)作中會產(chǎn)生諧波，這種危害對煤礦供電的質(zhì)量有重要的影響，為了將這種影響降到最低，提高煤礦提供電能的質(zhì)量，本文在對諧波的產(chǎn)生及其產(chǎn)生的危害的簡要分析的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的治理措施。關(guān)鍵詞：煤礦 ，供電電網(wǎng)， 諧波， 治理一、前言 煤礦供電質(zhì)量已成為目前煤礦供電領(lǐng)域尤為重視的課題，供電質(zhì)量涵蓋了諸多方面，它既包含系統(tǒng)電壓及頻率合格率，又包括峰值、超限電壓的持續(xù)時(shí)間以及停電時(shí)間，同時(shí)它還 包含了電網(wǎng)諧波含量。而諧波問題歷來是困擾電能質(zhì)量的一個(gè)重要因素。在供電系統(tǒng)中

2、的各個(gè)環(huán)節(jié)中都存在諧波問題。因此要采取必要的措施治理好諧波，這不僅能使電能損耗降低，而且能使設(shè)備使用更長時(shí)間，同時(shí)能夠使電磁環(huán)境得到改善，使產(chǎn)品品質(zhì)得到提高。 二、諧波來源 在電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電、輸電以及配電、用電過程中都有可能產(chǎn)生諧波，而在這幾個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生諧波最多的為用電環(huán)節(jié)，用電環(huán)節(jié)中主要是非線性負(fù)荷的用電設(shè)備產(chǎn)生諧波。對于煤礦供電系統(tǒng)，主要是非線性負(fù)荷用電設(shè)備產(chǎn)生諧波。煤礦輸電以及配電系統(tǒng)中有較多電力變壓器存在，而變壓器這種用電設(shè)備就是非線性負(fù)荷的，因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)有飽和的鐵心，非線性的磁化曲線以及在近飽和的磁化曲線上存在額定工作磁密等因素，使得產(chǎn)生較多呈尖頂形的磁化電流，而這些電流中含有大量的

3、奇次諧波。如果變壓器具有飽和度越高的鐵心，其工作點(diǎn)就會越遠(yuǎn)的偏離線性，就會產(chǎn)生越大的諧波電流。除了電力變壓器，煤礦中還使用了其他一些非線性負(fù)荷的用電設(shè)備，比如礦井提升機(jī)、主排水泵、架線式電機(jī)車、帶式輸送機(jī)等各種節(jié)能裝置，還有交流弧焊機(jī)以及各種變頻器、變流器、整流設(shè)備等用于控制的電力設(shè)備。煤礦中使用的非線性負(fù)荷設(shè)備都有著共同的顯著特點(diǎn)，即電網(wǎng)供給的電壓是正弦波形，而這些負(fù)荷使用的電流是取自電網(wǎng)的非正弦波形，而這些非正弦波形的組成是基波與諧波（頻率為基波頻率的整數(shù)倍）。 三、諧波危害 煤礦供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波會對煤礦中工作的進(jìn)行產(chǎn)生多種危害，主要有增加了電網(wǎng)功率的損耗,縮短了設(shè)備壽命,喪失了接地保

4、護(hù)功能以及使得遙控功能失常,造成線路以及設(shè)備過熱等,同時(shí)還會使變電站局部發(fā)生并聯(lián)或者串聯(lián)的諧振,致使附加的諧波損耗到電力互感器以及變電站系統(tǒng)中各種元件設(shè)備,損壞供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、快速老化元器件，致使電子保護(hù)裝置發(fā)生失誤，同時(shí)又使附加磁場對外的干擾力得到增大。 除此之外，諧波還會干擾通訊以及信息系統(tǒng)，使信號傳輸質(zhì)量降低，降低聲音及成像的清晰度，使傳輸?shù)男畔?zhǔn)確性下降，嚴(yán)重時(shí)還會損壞設(shè)備壞。同時(shí)諧波還會對人體產(chǎn)生危害，它通過刺激人體細(xì)胞，致使細(xì)胞膜的正常電位產(chǎn)生非正常的波動或者發(fā)生可逆翻轉(zhuǎn)，并且當(dāng)這種電位變化頻率與諧波頻率相接近時(shí)，會進(jìn)而損害人的大腦以及心臟。 四、諧波治理 由于諧波對煤礦工作的進(jìn)行有

5、著多方面的危害,影響著礦井的安全生產(chǎn)以及礦工們的安全生活，因此國家出臺了一系列治理諧波污染的措施，當(dāng)前盡量避免或者補(bǔ)償諧波已產(chǎn)生的危害已成為最為迫切的任務(wù)。目前在煤礦供電系統(tǒng)中,要采取積極消除或者減少諧波危害相應(yīng)措施。 1、選擇合適的電力電纜 在煤礦供電系統(tǒng)中選擇電力電纜截面時(shí)，應(yīng)對諧波造成電纜發(fā)熱的問題做到充分的考慮。對于連接諧波主要擾動源設(shè)備的配線，在對電纜載流量進(jìn)行明確時(shí)，應(yīng)該確保有足夠的裕量,并且在需要的時(shí)候可以對一級選擇電纜截面進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蟆?2、選擇合理的變壓器 選擇變壓器時(shí)，要注意其接線方式,因?yàn)檎_合理地接線使不平衡電流以及3N次諧波電流不能夠從原邊向電源配電系統(tǒng)內(nèi)輸送。對于

6、三角形或者星形變壓器,不平衡電流以及3N次諧波電流循環(huán)流動在原邊繞組內(nèi)，不會向電源配電系統(tǒng)內(nèi)傳送。因此應(yīng)該將三角形或者星形變壓器廣泛應(yīng)用于煤礦供電系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)負(fù)載對電力變壓器進(jìn)行容量確定時(shí),應(yīng)將諧波畸變考慮在內(nèi)而留有裕量。一般在礦井設(shè)計(jì)中應(yīng)該確保70%80%的變壓器負(fù)荷率,因?yàn)檫@個(gè)范圍的裕量能夠?qū)χC波造成變壓器發(fā)熱起到抑制作用。 3、將電抗器濾波（6%容抗）串聯(lián)在電容器（無功補(bǔ)償）上 一般情況下，我們采用兩種方法來減少諧波影響，分別為增加變流相數(shù)、使系統(tǒng)斷路容量增大，但第一種方法加大對設(shè)備的投資，而第二種使系統(tǒng)的諧波量增多，要想在一定的諧波電流下，既不向系統(tǒng)內(nèi)送入諧波，又不增加投資的成本，那么

7、就將煤礦中無功補(bǔ)償電容利用起來，將其作為諧波濾波器使用，防治諧波，這樣既能夠提高功率因數(shù)又能夠防治諧波事故。將電抗器回路串聯(lián)在并聯(lián)補(bǔ)償電容上，變成電感負(fù)載，這對于超過5次的諧波來說，可以有效避免串聯(lián)諧振的發(fā)生，同時(shí)由于電容器以及電抗器具有過載的性能，這使得電容器回路可以有效地對諧波進(jìn)行大量分流。使串聯(lián)電抗器在低于6%的感抗Xc（電容器容抗）下，不會有諧波產(chǎn)生，并且其有時(shí)對5次諧波會表現(xiàn)出微容性。 為了使功率得到提高，因此在煤礦供電系統(tǒng)中裝設(shè)了電容器，并將容抗6%的電抗器串聯(lián)在電容器上，這是確保安全運(yùn)行電容器，減少諧波電流的常規(guī)方法。這種方法要想發(fā)揮防治諧波危害的作用，必須有符合標(biāo)準(zhǔn)的諧波源容量

8、以及電網(wǎng)條件。 4、調(diào)諧濾波器 調(diào)諧濾波器主要原理是將電抗器串接在電容電器中，運(yùn)用L-C-R電路，以此來防治諧波。這種防治方法的原理是在電網(wǎng)上并聯(lián)這一電路，使煤礦電網(wǎng)阻抗等效諧波的能力得到改變。如果濾波支路阻抗大體一致于某次諧波時(shí)，則該支路阻抗某次諧波的作用最小，該次諧波電流大部分被短路，并且也不會有大的諧波電流出現(xiàn)在其他支路中，這樣便使防治諧波的效果得到實(shí)現(xiàn)。調(diào)諧濾波器使用的電容器是煤礦無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜鳎a(bǔ)償電容器的使用，發(fā)揮了諧波濾波器的作用，使無功補(bǔ)償以及諧波濾波的目的得到實(shí)現(xiàn)。諧波濾波器以電網(wǎng)諧波阻抗的改變?yōu)橹饕康模覀円跃唧w事例來分析，假設(shè)250Hz（n=5）為調(diào)諧頻率,電流濾波

9、器為5次，阻抗為Z（角頻率時(shí)）。 R+j=Z（L1/C） 其中：為角頻率；L為濾波電感；R為濾波電阻；C為濾波電容 從以上可以得出，當(dāng)阻抗最小時(shí)，對應(yīng)的是250Hz的諧波電流頻率，可使5次諧波電流得到大部分的分流，當(dāng)電網(wǎng)上使用的濾波器在不同的諧波頻率上進(jìn)行調(diào)諧時(shí)，就可以向諧波濾波器中輸入大量的諧波電流，從而使主要諧波電流得到消除，這是煤礦對電網(wǎng)諧波危害進(jìn)行有效防治的有效措施，這也滿足了安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電網(wǎng)的要求。 五、總結(jié) 目前，由于電子計(jì)算機(jī)等高科技技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代煤礦工業(yè)，這嚴(yán)重影響著電能的質(zhì)量，對煤礦工業(yè)能否安全生產(chǎn)有著重要的影響。針對電能質(zhì)量的下降，對煤礦供電過程中產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行有效抑制，防治諧波問題給煤礦生產(chǎn)帶來的危害，保障安全運(yùn)行供電設(shè)備成為當(dāng)今煤礦供電中最為緊迫的任務(wù)。針對諧波危害，上文提出了一系列解決措施，這些措施的采取可以對諧波污染進(jìn)行有效的預(yù)防以及消除，凈化供電系統(tǒng)，為煤礦供電創(chuàng)造一個(gè)安全經(jīng)濟(jì)并且合理的環(huán)境，有力的確保了煤礦供電工作安全有效的進(jìn)行。 參考文獻(xiàn)： 【1】周孟然.煤礦電網(wǎng)諧波電流放大時(shí)諧波量的計(jì)算與預(yù)測,煤礦設(shè)計(jì).1999,9期,P2931. 【2】朱東柏,劉驥.電力有源濾波及無功補(bǔ)償裝置的研究.電機(jī)與控制學(xué)報(bào).