浅谈煤矿电网谐波危害与治理

摘要：本文首先分析重点分析煤矿电网谐波产生的危害，针对其危害采取相应的治理措施，从而保证煤炭企业的和谐、健康发展。

关键词：煤矿 电网 谐波

在煤矿的供电系统中，谐波对电网的危害十分明显，谐波会产生额外线损，降低传输效率，会使电气设备损耗增加，产生过热，破坏绝缘，缩短电气设备寿命，甚至可能损坏电气设备；谐波发生的电气事故最常见的有绞车电机故障、电容器过负荷爆炸、绞车电控损坏、浪涌保护损坏、接地误动作、电缆事故等。同时谐波危害还造成电容器等设备烧毁；会引发继电保护的误动作，影响供电的安全性和可靠性；谐波电流会造成测量仪表的误差增大，使电能计量出现混乱；会对某些控制系统产生干扰，阻塞其信号传输；会对通信系统产生干扰，破坏通信质量，甚至威胁通信设备和人员的安全。总起来说谐波不仅危害煤炭企业，而且经过供电部门的电网影响其它用户，形成电气公害。所以谐波产生的危害是煤矿生产建设发展过程中出现的新问题，应该在煤炭生产建设中开展谐波防治工作。

1、谐波的产生原因

在理想情况下，电力系统中的电压应该是标准的正弦波形电压。但实际中的电压波形往往由于各种原因而偏离正弦波形，也就是产生了谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于系统中存在大量的具有非线性阻抗特性的电气设备。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。在只含线性元件，如电阻、电感及电容的简单电路里，流过元件的电流和所施加的电压成正比，所以如果所加电压是正弦的话，流过的电流就是正弦的。当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷（即非线性负荷时），就形成非正弦电流。实际上，接入电网中的绝大部分电气设备，都属于非线性设备。谐波产生的主要原因，便是来自这些具有非线性特性的电气设备。它们显著的特点是从电网取用非正弦电流，换句话说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们具有其电流不随电压同步变化的非线性的电压电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的。这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。

2、谐波产生的危害

2.1 谐波引起的谐振现象

在电力系统中，常常为了补偿负载无功、改善功率因素、提高系统的电压水平、滤除谐波等，会装设电容器和电抗器组成的滤波器。在工频频率下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，一般不会产生谐振。但是，对于谐波而言，系统的感抗会因谐波次数的增加而增加，而容抗则会减小，这就可能产生并联谐振或串联谐振。这些谐振会对系统产生很大的威胁，常常会使电容器和电抗器烧毁。在由谐波引起的事故中，这类事故占有很大的比例。

2.2 谐波对电网的影响

谐波电流在电网中流动会产生有功功率损失，它构成了电网线损的一部分，对电网的经济运行很不利。这部分谐波功率损失是由电网中的各谐波源供给的。一般谐波源只在几个主要谐波频率上送出谐波有功功率，而在其他频率上可能是吸收有功功率的，但谐波源外送的谐波功率净值一般是正的。谐波源外送的谐波，其谐波功功率是从电网吸收的基波有功功率的一部分转化而成的。谐波源吸收的谐波有功功率常常对产生谐波的装置是有害无益的。谐波源发出的谐波有功功率也给接在电网上的其他用电设备带来危害，并增加功率损耗。

2.3 谐波对电动机的影响

谐波使电动机的温度增加和损耗增大，主要表现在谐波频率下的铁损和铜损的增加，谐波电压畸变将引起电动机的效率下降、振动和噪声增加。对于一些多台电动机的传动设备，由于含有各种特殊频率的谐波电流，会产生一定的附加转矩，各电动机速度和转矩就难以保持一致，不同的运行速度和转矩将导致产品加工质量下降，严重时会使整个工件报废。

3、谐波的防治措施

3.1 有源电力滤波器

有源电力滤波器也是一种电力电子装置，目前主要采用的是IGBT技术，其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。有源电力滤波器APF是谐波抑制和无功补偿的先进方法，与无源滤波器相比，APF具有高度可控制和快速响应特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大危险，相对体积重量较小等突出优点，已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。有源滤波器具有高度可控制性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可以抑制电压闪变、补偿无功电流，性价比较合理。滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。另外，APF还具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。

3.2 装设由电容、电感及电阻组成的单调谐滤波器和高通滤波器

单调谐滤波器是针对某个特定次数的谐波而设计的滤波器，高通滤波器是为了吸收若干个较高次谐波的滤波器。应装设的滤波器类型、组数及其调谐频率（滤波次数）可由具体情况决定。

3.3 改进电容器组

对于大容量的电力设备，特别是大容量的电容器组，回路内增设限流装置或串联电抗器，以抑制电力谐波的产生；改变电容器的串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，或限定电容器组的投入容量，可以有效地减少电容器对谐波的放大并保证电容器组的安全运行，避免在某些特征频率上与感性系统发生并联谐振，不仅能在基波时输出部分无功，还能限制合闸冲击电流和抑制电容器对外部短路的放电电流。

4、结语

总之，谐波治理不能盲目地说谐波电流含量高就必须治理，一定要和设备的耗电量相结合。我们在治理谐波的同时，应注意购买新的设备，要考虑一些采用新技术、谐波含量少的设备，把握购入的电力、电子设备谐波含量指标不得超过国家标准指标，避免一方面在治理谐波，一方面又大量增加谐波。应广泛使用有源滤波器，因为有源滤波器能保证煤矿设备和电网的安全运行，并在节能减排、改善供电质量方面有着重要的现实意义，并能使电能成为真正的无“污染”的绿色能源。

参考文献

[1]王兆安，杨君等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京：中国电力出版社，1998.