煤矿供电网络谐波治理分析

摘要:要想保证煤矿供电的经济与安全性，就要严格要求煤矿供电的质量，这是保证煤矿供电经济安全的重点。但是，供电系统在运作中会产生谐波，这种危害对煤矿供电的质量有重要的影响，为了将这种影响降到最低，提高煤矿提供电能的质量，本文在对谐波的产生及其产生的危害的简要分析的基础上，提出了相应的治理措施。

关键词: 煤矿 ，供电电网， 谐波， 治理

Abstract: to ensure the economic and safety of coal power supply, it is necessary to strict require coal quality, this is to guarantee the safety of coal power supply economic focus. But, the power supply system in the operation will harmonic generation, this damage the quality of power supply to the coal mine has an important influence, to the influence to the minimum, improve the quality of coal mine providing electrical power, the harmonic generation and its dangers briefly on the basis of analysis, put forward the corresponding treatment measures.

Keywords: coal, power supply power grid, harmonic, management

中图分类号：U223 文献标识码：A文章编号：

一、前言

煤矿供电质量已成为目前煤矿供电领域尤为重视的课题，供电质量涵盖了诸多方面，它既包含系统电压及频率合格率，又包括峰值、超限电压的持续时间以及停电时间，同时它还 包含了电网谐波含量。而谐波问题历来是困扰电能质量的一个重要因素。在供电系统中的各个环节中都存在谐波问题。因此要采取必要的措施治理好谐波，这不仅能使电能损耗降低，而且能使设备使用更长时间，同时能够使电磁环境得到改善，使产品品质得到提高。

二、谐波来源

在电力网络的发电、输电以及配电、用电过程中都有可能产生谐波，而在这几个环节中产生谐波最多的为用电环节，用电环节中主要是非线性负荷的用电设备产生谐波。对于煤矿供电系统，主要是非线性负荷用电设备产生谐波。煤矿输电以及配电系统中有较多电力变压器存在，而变压器这种用电设备就是非线性负荷的，因为变压器内有饱和的铁心，非线性的磁化曲线以及在近饱和的磁化曲线上存在额定工作磁密等因素，使得产生较多呈尖顶形的磁化电流，而这些电流中含有大量的奇次谐波。如果变压器具有饱和度越高的铁心，其工作点就会越远的偏离线性，就会产生越大的谐波电流。除了电力变压器，煤矿中还使用了其他一些非线性负荷的用电设备，比如矿井提升机、主排水泵、架线式电机车、带式输送机等各种节能装置，还有交流弧焊机以及各种变频器、变流器、整流设备等用于控制的电力设备。煤矿中使用的非线性负荷设备都有着共同的显著特点，即电网供给的电压是正弦波形，而这些负荷使用的电流是取自电网的非正弦波形，而这些非正弦波形的组成是基波与谐波（频率为基波频率的整数倍）。

三、谐波危害

煤矿供电系统中产生的谐波会对煤矿中工作的进行产生多种危害，主要有增加了电网功率的损耗,缩短了设备寿命,丧失了接地保护功能以及使得遥控功能失常,造成线路以及设备过热等,同时还会使变电站局部发生并联或者串联的谐振,致使附加的谐波损耗到电力互感器以及变电站系统中各种元件设备,损坏供电网络设施、快速老化元器件，致使电子保护装置发生失误，同时又使附加磁场对外的干扰力得到增大。

除此之外，谐波还会干扰通讯以及信息系统，使信号传输质量降低，降低声音及成像的清晰度，使传输的信息准确性下降，严重时还会损坏设备坏。同时谐波还会对人体产生危害，它通过刺激人体细胞，致使细胞膜的正常电位产生非正常的波动或者发生可逆翻转，并且当这种电位变化频率与谐波频率相接近时，会进而损害人的大脑以及心脏。

四、谐波治理

由于谐波对煤矿工作的进行有着多方面的危害,影响着矿井的安全生产以及矿工们的安全生活，因此国家出台了一系列治理谐波污染的措施，当前尽量避免或者补偿谐波已产生的危害已成为最为迫切的任务。目前在煤矿供电系统中,要采取积极消除或者减少谐波危害相应措施。

1、选择合适的电力电缆

在煤矿供电系统中选择电力电缆截面时，应对谐波造成电缆发热的问题做到充分的考虑。对于连接谐波主要扰动源设备的配线，在对电缆载流量进行明确时，应该确保有足够的裕量,并且在需要的时候可以对一级选择电缆截面进行适当的放大。

2、选择合理的变压器

选择变压器时，要注意其接线方式,因为正确合理地接线使不平衡电流以及3N次谐波电流不能够从原边向电源配电系统内输送。对于三角形或者星形变压器,不平衡电流以及3N次谐波电流循环流动在原边绕组内，不会向电源配电系统内传送。因此应该将三角形或者星形变压器广泛应用于煤矿供电系统内。根据负载对电力变压器进行容量确定时,应将谐波畸变考虑在内而留有裕量。一般在矿井设计中应该确保70%～80%的变压器负荷率,因为这个范围的裕量能够对谐波造成变压器发热起到抑制作用。

3、将电抗器滤波（6%容抗）串联在电容器（无功补偿）上

一般情况下，我们采用两种方法来减少谐波影响，分别为增加变流相数、使系统断路容量增大，但第一种方法加大对设备的投资，而第二种使系统的谐波量增多，要想在一定的谐波电流下，既不向系统内送入谐波，又不增加投资的成本，那么就将煤矿中无功补偿电容利用起来，将其作为谐波滤波器使用，防治谐波，这样既能够提高功率因数又能够防治谐波事故。将电抗器回路串联在并联补偿电容上，变成电感负载，这对于超过5次的谐波来说，可以有效避免串联谐振的发生，同时由于电容器以及电抗器具有过载的性能，这使得电容器回路可以有效地对谐波进行大量分流。使串联电抗器在低于6%的感抗Xc（电容器容抗）下，不会有谐波产生，并且其有时对5次谐波会表现出微容性。

为了使功率得到提高，因此在煤矿供电系统中装设了电容器，并将容抗6%的电抗器串联在电容器上，这是确保安全运行电容器，减少谐波电流的常规方法。这种方法要想发挥防治谐波危害的作用，必须有符合标准的谐波源容量以及电网条件。

4、调谐滤波器

调谐滤波器主要原理是将电抗器串接在电容电器中，运用L-C-R电路，以此来防治谐波。这种防治方法的原理是在电网上并联这一电路，使煤矿电网阻抗等效谐波的能力得到改变。如果滤波支路阻抗大体一致于某次谐波时，则该支路阻抗某次谐波的作用最小，该次谐波电流大部分被短路，并且也不会有大的谐波电流出现在其他支路中，这样便使防治谐波的效果得到实现。调谐滤波器使用的电容器是煤矿无功补偿的电容器，而补偿电容器的使用，发挥了谐波滤波器的作用，使无功补偿以及谐波滤波的目的得到实现。谐波滤波器以电网谐波阻抗的改变为主要目的，我们以具体事例来分析，假设250Hz（n=5）为调谐频率,电流滤波器为5次，阻抗为Z（角频率ω时）。

R+j=Z（ωL－1/ωC）

其中：ω为角频率；L为滤波电感；R为滤波电阻；C为滤波电容

从以上可以得出，当阻抗最小时，对应的是250Hz的谐波电流频率，可使5次谐波电流得到大部分的分流，当电网上使用的滤波器在不同的谐波频率上进行调谐时，就可以向谐波滤波器中输入大量的谐波电流，从而使主要谐波电流得到消除，这是煤矿对电网谐波危害进行有效防治的有效措施，这也满足了安全经济运行电网的要求。

五、总结

目前，由于电子计算机等高科技技术已经广泛应用于现代煤矿工业，这严重影响着电能的质量，对煤矿工业能否安全生产有着重要的影响。针对电能质量的下降，对煤矿供电过程中产生的高次谐波进行有效抑制，防治谐波问题给煤矿生产带来的危害，保障安全运行供电设备成为当今煤矿供电中最为紧迫的任务。针对谐波危害，上文提出了一系列解决措施，这些措施的采取可以对谐波污染进行有效的预防以及消除，净化供电系统，为煤矿供电创造一个安全经济并且合理的环境，有力的确保了煤矿供电工作安全有效的进行。

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