浅谈电能质量对煤矿安全生产的重要意义

[摘 要]随着煤矿产能的不断提升，现代化装备水平的大幅度提高，电力负荷急剧增加，大量电力电子功率器件及装置在矿井电网被方法应用，这些设备在给矿井生产带来节能和高效的同时，也给供电网络的电能质量造成一定污染。本文主要对矿井电力系统进行现状分析，通过电能质量对矿井电力系统的影响来阐述其重要性。

[关键词]电能质量、大功率设备、非线性负荷、谐波

中图分类号：TD791 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0348-01

一、电能质量的概念

电力系统的理想状态应为恒定的频率和正弦波形，各相的电压和电流处于周期相等、相位相差120°的正常对称状态，但由于电力系统中存在着一些非线性负荷，且负荷变化存在随机性，并时有各种故障发生，造成这种理想状态很难存在。在这种情况下电能质量问题应运而生，一般将其定义为由于电压、电流或频率的偏差导致用电设备故障或不能正常工作，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、电压暂降与短时间中断以及供电连续性。

二、煤矿电力现状

目前，随着煤矿产能的不断提升，现代化装备水平的大幅度提高，电力负荷急剧增加，大量电力电子功率器件及装置在矿井电网被方法应用，这些设备在给矿井生产带来节能和高效的同时，由这些负荷所产生的大量谐波电流及负序基波分量也给供电网络的电能质量造成一定污染。如果不进行有效的分析、研究和治理，将会对矿井电网中的用电设备带来严重危害，轻则增加能耗，降低设备使用寿命，重则造成严重的用电事故，直接威胁着各种电气设备的安全经济运行和煤矿企业的正常安全生产。

三、电能质量的特点

（一）动态性。电能从发电生产到用户消耗是一个整体，其流动始终处于动态平衡中，并且随着电网结构和负荷的改变而不断变换。

（二）相关性。电能不易大量存储，其生产、输送、分配和转换过程直至消耗几乎是同时进行的，当系统处在各种运行状态时，电能质量一旦不达标，相关的设备就会受到不同程度的影响。

（三）传播性。电力系统是一个复杂的网络，为电能提供了最好的传输途径。电能传播速度快，电气污染波及面大，会大大降低相连系统的电能质量。

（四）潜在性。电能质量扰动复杂多变，事故诱发条件复杂，其质量的下降造成对系统用电设备的损害有时并不立即显现，为安全运行留下隐患。

（五）复杂性。电能质量的多个指标作用于同一个系统时，综合给出电能质量的评判标准是非常困难的。目前尚没有一个准确和普遍认可的定量评估计算方法。

（六）整体性。保证电能质量要靠多方努力，要求电力供应方、电力使用方、设备制造商等共同协作，制定统一和可操作的合适质量标准或单独的供电质量协议，或者按电力用户对电能质量的不同要求实行分级控制和管理。

四、电能质量下降对煤矿电网及电力设备的影响

电能质量下降对煤矿电网电力设备正常安全运行的影响主要有以下几点：

（一）谐波对电容器的影响。电容器的投入运行，一方面恶化了电网的谐波状况，另一方面自身的安全运行也因此受到严重威胁。由于电容器容抗与频率成反比，它对谐波电压最为敏感，谐波电压会加速介质老化，容易发生故障和缩短使用寿命，过大的谐波电流会使电容器过负荷和出现不允许的温升，在发生谐振时，谐波可使电容器成倍地过负荷，出现异常声响、熔丝熔断、“鼓肚”等现象，有时电容器根本不能投入运行。在有些情况下由于电容器的存在引起严重的谐波放大现象，致使其他设备无法正常运行，不得不将电容器组断开，电网被迫在低的功率因数下运行。

（二）谐波对电机的影响。谐波电流不仅会产生附加损耗，使电机过热，还会使电机产生振动，在异步电动机中，较大的谐波电流将降低额定转速下的有效转矩，并在较低转速下引起寄生转矩，这种寄生转矩可能使异步电动机在启动后无法达到它的额定转速。

（三）谐波对继电保护自动装置和控制设备的影响。由于各种继电保护装置都是按工频条件设计的，谐波的存在将引起它们的误动作，特别是当存在较大负序谐波时，对系统的负序保护更具有不良的影响。谐波电流能影响甚至破坏利用电力线路作为联系通道的远动装置的动作。母线电压的畸变，还能引起整流设备触发脉冲控制装置的触发周期不稳定，使晶闸管的触发角或触发时间不相等，影响整流设备的正常运行。

（四）谐波对通信系统的影响。电网中出现持续谐波干扰后会对通信系统产生严重影响，这是因为谐波对邻近的通信线路产生了静电感应和电磁感应。通信线路上的杂音降低了信号的传输质量，并可能干扰信号的正确传输。同时，谐波还能使架空线路产生过电压，加速电缆线路的老化，使变压器功耗增大，引起局部过热，增大计量仪表的误差。

（五）电压偏差对系统的影响。一般来说造成电网电压偏差的主要原因是无功功率的传输和电力电容器的投切。电压偏差产生的危害是很明显的，电压偏高将损坏绝缘设备，电压偏低将使异步电动机转速降低等。

（六）瞬态电压对系统的影响。瞬态电压会增加电网的谐振，造成瞬态高电压、大电流。电子设备运行中，电压的瞬态变化将作为一个扰动信号输入而产生效应。电子设备的直流电源是由电网交流电源经过整流后获取的，因而交流电源的波动必然导致直流电源的波动。虽然直流电源一般有专用的稳压装置或者稳压线路，但通常相对稳定电源的输出是不稳定的，特别是当电压的波动幅度过大时，数控装置可能出现数字乱跳、动作紊乱的现象，单稳态电路可能引起稳态翻转、错误动作的现象。加速电器设备老化，缩短使用寿命。

（七）频率偏移对系统的影响。频率的降低将引起交流电动机转速相应降低，进而影响煤矿正常生产，转速降低还能引起电动机振动加大。

（八）电压波动与闪变对系统的影响。当电压变化超过允许值时，就不能满足设备对电压质量的要求，会导致设备运行性能不良，出现过电流、过热、保护装置误动作及设备烧坏等事故，并且设备性能、生产效率、产品质量都将受到影响。

五、结论

因此，电能质量的好坏直接关系到煤矿企业的安全生产和发展，在煤矿的生产、安全和经济效益方面具有重要的意义，在煤矿电力管理中具有越来越重要的地位。随着煤矿系统电网电能质量的日益恶化，必须对煤矿电能质量进行定期的分析和评估，并采取相应合理的措施改善电能质量以更好的为矿井生产服务。