摘要：治理好煤矿供电系统中产生的谐波，不仅能从根本上解决因谐波存在导致的电能不必要的损耗，提高和稳定电能质量，确保矿井安全运行，而且还能延长供电系统的电气设备使用寿命。文章针对煤矿供配电系统谐波的成因与危害做了简要探讨，并根据矿井实际生产需要提出治理谐波的必要性，同时提出了一些针对性的治理措施。
关键词：供电；谐波；危害；治理
目前电力系统谐波污染与功率因数降低、电磁干扰已并列为电力系统的三大公害。煤矿企业供电网络大量的电力电子功率器件、各种装置在电网中的应用，在促进矿井生产运行中的节能和能量高效转换的同时，也给电网中电能质量造成了严重的干扰，谐波广泛分布于供配电系统中的各个环节，谐波电流的拥塞会在主电网系统上引起电压畸变，导致电网系统中的电压和电流波形严重失真，对其他电力设备和装置也会产生扰动，这将严重威胁矿井电网的电能质量和供配电设备的安全正常使用。
1 矿井供电系统中谐波的原因及危害
由于煤矿电网中的谐波源主要来自于含半导体材料的非线性元器件，如通风机、矿井提升机、带式输送机设备以及各种变频器等电力电子设备等。煤矿供电系统中谐波的危害主要表现为谐波含量的增加导致电网功率损耗的增加、供电设备寿命逐渐缩短、接地保护功能丧失、遥控功能失常、供电线路和设备过热，倘若谐波波幅大，还会引起变电站局部的并联或串联谐振，这将导致变电站系统中的元器件产生附加的谐波损耗，从而加速元器件的老化。此外, 谐波会对通讯和信息系统产生干扰，降低信号的传输质量，不仅影响声、像的清晰度和信息传输的准确性，严重时还会造成设备损耗增加，加速绝缘介质老化，降低设备使用寿命或因长期过热损坏，影响控制保护及检测装置的工作精度和可靠性，特别是高次谐波发生谐振时，最易使电容器负荷过热、过负荷、振动和发出声音，甚至损坏，危及人身安全。另外，矿井供配电系统中的谐波电压和电流会导致供配电系统中各类保护及自动装置产生误动或拒动，破坏微机保护、综合自动化装置，还会使仪表和电能计量出现较大误差，谐波如果不经过治理直接进入上级电网，将会给电网带来严重的谐波污染。
2 矿井供配电系统谐波治理
鉴于谐波存在多方面的危害，对矿井安全生产和生活存在很大隐患，根据国家对谐波污染的治理要求，采取必要而有效措施，避免或补偿已产生的谐波尤为重要。在矿井供配电系统中，应积极采取消除或抑制谐波危害的防范措施。
2.1 改造谐波源
从电力电子装置本身出发，想方设法使其少产生谐波。前面的测试表明增加变流装置周期内的脉动次数可以有效地削减幅值起伏大的低次谐波特征的谐波，从而技术性地减少谐波源。这种方法需要对装置进行波段测试，然后对异常波段进行技术上的干预。另外，从设备来看，采用高频率的因数整流器也可以自动地进行谐波源改造。
2.2 电力电缆的选择
在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中，应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接谐波主要扰动源设备的配线，确定电缆载流量时应留有足够裕量，必要时可适当放大一级选择电缆截面，防止谐波危害的发生。
2.3 选用适宜的变压器
对连接变压器的方式进行合理地选择，可以避免电源配电系统当中传输3N次谐波电流和不平衡电流。在Δ/Y变压器当中，处于原边绕组循环流动的3N次谐波电流和不平衡电流不会往电源配电系统当中传输。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Δ/Y形变压器是大部分煤矿供电系统应用的变压器。结合负载对额定电力变压器容量进行确定的情况下，需要兼顾畸变的谐波而留下裕量。在设计矿井的时候，通常需要确保70%～80%负荷率的变压器，此裕量能够避免谐波导致的变压器发热现象。
2.4 应用谐波补偿设备
针对煤矿当中的带式运输机的变频装置、通风机、大功率提升机等关键的谐波源，在工作的时候会导致高次谐波污染。为了对工作过程中的变频器形成的谐波进行控制，应当应用谐波补偿设备，确保正弦波的电流输入。传统的是应用LC调谐滤波器的谐波补偿设备，其不但能够对谐波进行补偿，而且能够对无功功率进行补偿。然而，煤矿供电系统工作情况与阻抗会制约到补偿性能，容易跟系统出现并联谐振，从而放大谐波，导致LC滤波器的过载。除此之外，其仅仅可以对频率固定的谐波予以补偿，难以实现显著的效果，然而这种设备具备简单的构造，依旧被普遍地应用。在普及电力电子器件之后，补偿谐波的的重要手段是应用有源电力滤波器，有源滤波器的运行原理是检测出补偿对象的谐波电流，再形成跟谐波电流极性相反和大小一样的补偿电流，进而使基波分量仅仅存在于电网电流当中。如此的滤波器可以跟踪补偿幅值与频率都改变的谐波，以及补偿特点不会受到电网阻抗的制约。
2.5 运用PSCAD/EMTDC仿真软件
在电力系统中，仿真是分析复杂电路的重要手段。由于电力电子装置的非线性和时变性特点，传统的谐波分析方法已不能适应静、动态特征分析的要求，而计算机仿真以其投资少、周期短和方便灵活的优势而逐渐成为一种有效的谐波源和谐波的分析方法。仿真中最重要的部分是构造电气接线图，通过构造谐波源电路的仿真模型，建立完整的电气接线图，在运行通过的基础上提取最能反映谐波源对电网影响程度的初级测电流波形，然后对其加以分析，以验证仿真的有效应和精确性。建立仿真模型实际是一个复杂的实际电路简化过程，因此在仿真前必须对实际电路的线路状况、负载类型及参数进行精确的考察，以确保取得最佳的仿真效果。随着PSCAD/EMTDC理论的日渐完善以及实际应用的成熟，其在谐波分析、谐波预测和谐波治理等方面的优势越来越突出，其应用价值也逐渐在大型煤矿企业得到认可。
3 结束语
综上所述，要确保煤矿生产的安全性和稳定性，就务必高度关注煤矿供电系统的谐波危害，明确其出现的原因，借助有效的治理对策加以疏导，从而使传导与形成的谐波减少，尽最大程度地保护供电系统，对电气设备的使用寿命以及矿山企业的可持续发展有着重要的意义。
参考文献：
[1]刘燕燕，亓跃峰.电网谐波危害分析及在煤矿生产中的应用[J].现代电子技术，2005(18):123-124.
[2]吕东霞.对煤矿供配电系统谐波危害及治理的探讨[J]，煤炭工程，2008(08).
[3]刘东晓，王伟京.矿井供电系统谐波质量方案的研讨[J].《平顶山工业职业技术学院》，2010(06).
[4]沈伯泽，鹿守明.煤矿6kV供电系统谐波治理研究与应用[J].煤炭科技，2011(03):7-8.
[5]赵雪林，周卫伟，王建华等.煤矿高压供电系统谐波治理技术研究与应用[J].电源技术，2010(03):280-283.
[6]李晓文，煤矿供电系统的谐波及抑止对策…《中国煤炭》2011(7 ) .
[7]吕刘炎．对煤矿供配电系统谐波危害及治理的探讨，《煤炭工程》2010(8 ) .
论文作者:冯立鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：谐波论文; 供电系统论文; 矿井论文; 煤矿论文; 电网论文; 电流论文; 系统论文; 《电力设备》2019年第22期论文;