淺談礦井供電系統(tǒng)諧波的危害及消除辦法

1、淺談礦井供電系統(tǒng)諧波的危害及消除辦法訾希龍淺談礦井供電系統(tǒng)諧波的危害及消除辦法摘要：本文分析了礦井供配電系統(tǒng)中諧波的成因和危害，并積極根據(jù)實際礦井生產(chǎn)需要提出了治理諧波的必要性及有針對性的淺談消除或抑制礦井供電系統(tǒng)諧波的措施。關(guān)鍵詞：諧波、諧波危害、諧波治理礦井供配電系統(tǒng)中諧波的危害已經(jīng)廣為人知,本文就礦井供配電系統(tǒng)諧波的成因與危害做了簡要探討,并提出了一些針對性的治理措施。 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)時間、停電時間，以及電網(wǎng)諧波含量等諸多方面。其中諧波問題一直是主要的電能質(zhì)量問題。諧波廣泛存在于供配電系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)，諧波電流會在公用電網(wǎng)引起電壓畸變，也會對企業(yè)內(nèi)部電

2、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，而且能延長電氣設(shè)備使用壽命，改善電磁環(huán)境,提高產(chǎn)品的品質(zhì)。 在一個理想的交流電網(wǎng)中，各相電壓隨時間作周期性變化，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，特別是近年來電力電子裝置在我國煤炭工業(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)體裝置是非線形負載，其電壓、電流波形實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)傅立葉級數(shù)分析，可分解成基波分量和諧波分量。

3、諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生，當正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時，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、礦井供配電系統(tǒng)中諧波的原因和危害 礦井供配電系統(tǒng)中的主要諧波來源是含半導(dǎo)體的非線性元件，如為礦井提升機、通風(fēng)機、主排水泵、帶式輸送機、架線式電機車等設(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。礦井供電網(wǎng)絡(luò)諧波的危害主要是造成電網(wǎng)的功率損耗增加，電氣設(shè)備壽命縮短，接地保護功能失靈，遙控功能失常，線路和設(shè)備過熱等，還會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

4、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，造成電子保護裝置誤動作，增大附加磁場的干擾等。 當諧波電流流經(jīng)變壓器時會導(dǎo)致銅損（變壓器在帶有負載運行時，原、副邊便有電流通過，由于原副、邊線圈都有一定的電阻，當電流流過電阻時，便產(chǎn)生了損耗）和雜散損耗增加，諧波電壓則會使鐵損（變壓器鐵芯的磁通由于是交變的，所以產(chǎn)生了磁滯損耗和渦流損耗）增加。還可導(dǎo)致變壓器的基波負載容量下降，效率降低以及變壓器鐵芯振動，噪聲增加壽命縮短；諧波電流和電壓會造成電動機鐵損和銅損的增加引起額外溫升，導(dǎo)致電動機效率降低,同時還產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩增加噪聲,造成電動機振動而降低使用壽命;諧波會造成電容器

5、過電流,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，電容器會放大諧波，增大諧波對礦井供配電系統(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,諧波會對通訊和信息系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,降低信號的傳輸質(zhì)量,不僅影響聲、像的清晰度和信息傳輸?shù)臏蚀_性，嚴重時還會造成設(shè)備損耗增加，加速絕緣介質(zhì)老化，降低設(shè)備使用壽命或因長期過熱損壞，影響控制保護及檢測裝置的工作精度和可靠性，特別是高次諧波發(fā)生諧振時，最易使電容器負荷過熱、過負荷、振動和發(fā)出聲音，甚至損壞，危及人身安全。另外，礦井供配電系統(tǒng)中的諧波電壓

6、和電流會導(dǎo)致供配電系統(tǒng)中各類保護及自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，破壞微機保護、綜合自動化裝置，還會使儀表和電能計量出現(xiàn)較大誤差，諧波如果不經(jīng)過治理直接進入上級電網(wǎng)，將會給電網(wǎng)帶來嚴重的諧波污染。二、礦井供配電系統(tǒng)諧波治理 鑒于諧波存在礦井生產(chǎn)、工作多方面的危害，對礦井安全生產(chǎn)和生活存在很大隱患，根據(jù)國家對諧波污染的治理要求，采取必要而有的措施，避免或補償已產(chǎn)生的諧波尤為重要。在礦井供配電系統(tǒng)中，應(yīng)積極采取消除或抑制諧波危害的防范措施。 1、電力電纜的選擇。在礦井供配電系統(tǒng)電力電纜截面的選擇中,應(yīng)考慮諧波引起電纜發(fā)熱的危害。對于連接諧波主要擾動源設(shè)備的配線,確定電纜載流量時應(yīng)留有足夠裕量,必要時可適當

7、放大一級選擇電纜截面，防止諧波危害的發(fā)生。 2、合理選擇變壓器。正確合理地選擇變壓器的接線方式,能阻止不平衡電流和3N次諧波電流從原邊傳到電源配電系統(tǒng)中。在三角形/星形變壓器里,不平衡電流和3N次諧波電流在原邊繞組內(nèi)循環(huán)流動而不會傳入電源配電系統(tǒng)中。礦井供配電系統(tǒng)中各級變壓器應(yīng)多采用三角形/星形變壓器。在根據(jù)負載確定電力變壓器額定容量時,應(yīng)考慮諧波畸變而留有裕量。在礦井設(shè)計中一般應(yīng)保證變壓器負荷率在70%80%,該裕量可防范諧波引起的變壓器發(fā)熱危害。 3、無功補償電容器的配置。在有諧波背景的礦井供配電系統(tǒng)中,不能采用常規(guī)的補償系統(tǒng)來進行無功補償。為避免電容器組與系統(tǒng)產(chǎn)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振,必須

8、采用調(diào)諧式電容器組。調(diào)諧式電容器組即在補償電容器中加串調(diào)諧電抗器。電抗器的主要作用是避開諧波電流可能出現(xiàn)的頻率。這種電抗器被稱為調(diào)諧電抗器,帶有這種電抗器的電容器組則被稱為調(diào)諧電容器組。一般都用并聯(lián)電容器的方法進行人工補償,電力電容器具有投資省、有功功率損失小、運行維護方便、故障范圍小等優(yōu)點。通常是將電容器(設(shè)備在用戶載變電所中)并聯(lián)到電感性負載的電路中,利用感性負載的無功功率與電容的無功功率相互抵消補償?shù)脑韥硖岣吖β室驍?shù);在電感性負載上并聯(lián)了電容器后,減少了電源與負載之間的能量互換,這時電感性負載所需的無功功率大部分或全部都是就地供給(由電容器供給),就是說能量的交換現(xiàn)在主要或完全發(fā)生在電

9、感性負載與電容器之間,因而使發(fā)電機容量能得到充分地利用。使用調(diào)諧電容器組的目的不是為了顯著地降低諧波畸變,而是為了確保電容器組不會因為諸如系統(tǒng)阻抗、投入段數(shù)、系統(tǒng)配置、負荷狀況等原因而發(fā)生諧振。4、諧波補償裝置進行補償。對礦井中的主要諧波源,如:大功率提升機、通風(fēng)機、帶式輸送機的變頻設(shè)備,在運行過程中會引起較嚴重的高次諧波污染，它們產(chǎn)生的高次諧波電流，將引起系統(tǒng)運行電壓波形的畸變，污染電網(wǎng)，是電氣設(shè)備的一種公害。諧波電壓施加于電容器組上，其危害性更大。當電網(wǎng)中有諧波影響電容器族的安全運行，特別是當電容器組容量較大，距諧波源較近時，必須采取加裝濾波裝置或串聯(lián)電抗器的辦法，對諧波加以抑制。為了擬制變頻器在運行中產(chǎn)生的諧波,需增加諧波補償裝置,使輸入電流成為正弦波。傳統(tǒng)的諧波補償裝置是采用LC調(diào)諧濾波器,它既可補償諧波,又可補償無功功率。但其補償特性受礦井供配電系統(tǒng)阻抗和運行狀態(tài)影響,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒壞。另外,它只能補償固定頻率的諧波,效果不甚理想,但該裝置結(jié)構(gòu)簡單,目前仍被廣泛應(yīng)用。電力電子器件普及后,運用有源電力濾波器進行諧波補償將成為主要方法,有源濾波器的工作原理是從補償對象中檢測出諧波電流,然后產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等、極性相反的補償電流,從而使電網(wǎng)電流只含有基波