煤礦供配電系統(tǒng)諧波的危害及治理

摘要]供配電系統(tǒng)中諧波的危害已經(jīng)廣為人知,本文就煤礦供配電系統(tǒng)諧波的成因與危害做了簡(jiǎn)要探討,并提出了一些針對(duì)性的治理措施。

[關(guān)鍵詞]煤礦供配電系統(tǒng)諧波

供電質(zhì)量包括系統(tǒng)電壓、頻率的合格率,峰值、超限電壓持續(xù)時(shí)間、停電時(shí)間,以及電網(wǎng)諧波含量等諸多方面。其中諧波問(wèn)題一直是主要的電能質(zhì)量問(wèn)題。諧波廣泛存在于供配電系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié),諧波電流會(huì)在公用電網(wǎng)引起電壓畸變,也會(huì)對(duì)企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)其它電氣設(shè)備產(chǎn)生不利影響,甚至造成危害。治理好諧波,不僅能降低電能損耗,而且能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,改善電磁環(huán)境,提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

在一個(gè)理想的交流電網(wǎng)中,各相電壓隨時(shí)間作周期性變化,并且呈正弦波形,煤礦企業(yè)或其他用電企業(yè),都非常希望電壓保持理想正弦波形。但是實(shí)際上由于某些具有非線性特性的電網(wǎng)元件的影響,使電網(wǎng)電壓偏離正弦波形,特別是近年來(lái)電力電子裝置在我國(guó)煤炭工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛,煤礦供配電電網(wǎng)中愈來(lái)愈廣泛地使用變頻設(shè)備、整流設(shè)備等電力半導(dǎo)體裝置。電力半導(dǎo)體裝置是非線形負(fù)載,其電壓、電流波形實(shí)際上不是完全的正弦波形,而是不同程度畸變的非正弦波。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)分析,可分解成基波分量和諧波分量。諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生,當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時(shí),設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同,電流因此發(fā)生畸變,諧波電流注入到煤礦電力系統(tǒng)中,這些非線性設(shè)備就成為煤礦電力系統(tǒng)的諧波源。

一、煤礦供配電系統(tǒng)中諧波的原因和危害

煤礦供配電系統(tǒng)中的主要諧波源是含半導(dǎo)體的非線性元件,如為礦井提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、主排水泵、帶式輸送機(jī)、架線式電機(jī)車等設(shè)備節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備,諸如各種變頻器、交直流換流設(shè)備、變流器、整流設(shè)備等。煤礦供電網(wǎng)絡(luò)諧波的危害主要是造成電網(wǎng)的功率損耗增加,設(shè)備壽命縮短,接地保護(hù)功能失靈,遙控功能失常,線路和設(shè)備過(guò)熱等,還會(huì)引起變電站局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振,造成電力互感器,變電站系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗,使造成供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施損壞、元器件老化,造成電子保護(hù)裝置誤動(dòng)作,增大附加磁場(chǎng)的干擾等。

當(dāng)諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)會(huì)導(dǎo)致銅損和雜散損耗增加,諧波電壓則會(huì)使鐵損增加。還可導(dǎo)致變壓器的基波負(fù)載容量下降,效率降低以及變壓器鐵芯振動(dòng),噪聲增加壽命縮短;諧波電流和電壓會(huì)造成電動(dòng)機(jī)鐵損和銅損的增加引起額外溫升,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低,同時(shí)還產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩增加噪聲,造成電動(dòng)機(jī)振動(dòng)而降低使用壽命;諧波會(huì)造成電容器過(guò)電流,使電容器與供配電系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振,這將造成電容器迅速發(fā)生故障。同時(shí),電容器會(huì)放大諧波,增大諧波對(duì)礦井供配電系統(tǒng)的影響;在導(dǎo)體中非正弦波電流與具有相同方均根值的純正弦波電流相比,會(huì)引起額外溫升,減小額定載流量,引發(fā)導(dǎo)體絕緣破壞或燒毀;此外,諧波會(huì)對(duì)通訊和信息系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量,不僅影響聲、像的清晰度和信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成設(shè)備損壞,危及人身安全;另外,礦