煤矿供配电系统中谐波分布和治理对策探究

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1、煤矿供配电系统中谐波分布和治理对策探【摘要】随着煤矿自动化程度的提高，谐波的危害日趋明显，本文针对煤矿供配电系统中谐波的分布，就谐波的成因及危害做了简要探讨，并提出了一些针对性的治理措施。【关键词】煤矿供电；供配电系统；谐波治理；供电质量；系统能耗；安全可靠；经济合理0引言供电质量由系统电压、频率、可靠性决定。其中影响系统电压的因素主要有电压偏差、电压波动和闪边、高次谐波、三相不对称［1］。而谐波问题一直是主要的电能质量问题。高次谐波的产生，是非线性电气设备接到电网中投入运行，使电网电压、电流波形发生不同程度畸变，偏离了正弦波。高次谐波除电力系统自身背景谐波外，主要是用户方

2、面的大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在将导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老化加快，并且干扰自动化装置和通信设施的正常工作。随着煤矿自动化程度的提高以及节能需要，非线性电力电子装置得到广泛地使用，这对煤矿供配电系统造成了严重的“谐波污染”，引发供电系统的继电保护、自动控制装置误动作，监控系统运行异常，以及谐波引起的谐振过电压造成电器设备损坏等。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。因此，治理好谐波产生的污染，对煤矿企业来说迫在眉睫。1谐波分布1.1变频器变频原理常用于水泵、风机等设备中，变频一般分为两

3、类：交-直-交变频器和交-交变频器。前者将380V、50Hz工频电源经三相桥式可控硅整流，变成直流电压信号，滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分（整次或分次）的谐波。因变频装置一般具有较大功率,所以也会对电网造成严重的谐波污染［2］。1.2整流和逆变设备晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明，整流设备所产

4、生的谐波占整个谐波的近40%,是最大的谐波源［3］。其电路中的二极管视为理想二极管，即正向阻抗接近零，反向阻抗无穷大。因此，只允许电流单方向流动，从整流器的输出端看，每相电流波形为矩形波，不是正弦波，利用傅氏级数展开式展开周期的矩形波形，可以看到除了工频正弦波（50Hz基波）外，还叠加了一系列高次波形谐波。应该说电动机采用变频器进行调速，可以高水平完成调速外，也可以节省大量电能，但如前面分析，变频调速过程中要产生高次谐波，即形成高次谐波污染，造成厂区的电视、音响系统不能正常工作，还要干扰二次仪表一一压力、流量、可编程控制器及智能控制器正常工作，谐波还要使变压器、电动机、电容

5、器及电抗器产生过热［4］。整流器和逆变器产生的谐波电压、电流：整流器的作用将交流电转成直流电，而逆变器是将直流电转变成交流电。大功率整流器广泛应用于冶金、化工等领域，大功率整流器一一逆变器广泛应用于交流变频调速及交-直流电动机的调速等领域。这些高次谐波是通过三个途径窜入产生干扰的。其一，是通过电容耦合；其二，是通过高次谐波电流产生的电磁感应；其三，是直接由接地回路或电源线窜入的。1.3换流设备高压直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，它处于交流电和直流电互相交换的核心位置。可以提供相位差为30度和12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离

6、，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，使直流系统运行在最优状态。高压直流输电的另一主要设备换流器是非线性元件，对交流侧来说是主要的谐波电流源，产生大量的谐波对换流变压器保护，特别是依靠谐波原理闭锁的保护产生影响。2谐波的危害当谐波电流流经变压器时会导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会使铁损增加。还可导致变压器的基波负载容量下降，效率降低以及变压器铁芯振动，噪声增加寿命缩短；谐波电流和电压会造成电动机铁损和铜损的增加引起额外温升，导致电动机效率降低，同时还产生附加转矩增加噪声,造成电动机振动而降低使用寿命；谐波会造成电容器过电流，使电容器与供配电系统

7、产生并联谐振或串联谐振，这将造成电容器迅速发生故障。同时，电容器会放大谐波，增大谐波对矿井供配电系统的影响；在导体中非正弦波电流与具有相同方均根值的纯正弦波电流相比，会引起额外温升，减小额定载流量，引发导体绝缘破坏或烧毁；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