煤矿电网谐波电流的危害与治理

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1、第24卷第4期电力学报Vo1．24No．42009年8月JOURNALOFELECTRICPOWERAug．2009文章编号：1005—6548(2009)04—0292—03煤矿电网谐波电流的危害与治理王中东(大同煤矿集团公司，山西大同037003)摘要：随着电力电子装置在煤矿现代化生产的普及，变流装置产生的谐波污染也日趋加剧。为治理谐波危害，在分析了谐波对煤矿电网、电力设备、静电补偿电容器、电动机、电力电缆、电力变压器等方面产生机理和危害，提出了并剖析了利用无源和有源滤波消除谐波的工作原理，是进一步进行现场谐波治理的理论基础工作。关

2、键词：谐波；损耗；轴承电流；滤波；频带中图分类号：TM76文献标识码：A现代煤矿普遍采用矿井直流提升机、交流变频调速提升机、交流电牵引采煤机、输送机变频软启动控制装置L1等大功率电力电子变流装置，由此而产生的谐波污染也日趋严重_1]，谐波对煤矿电力系统中电力设备的安全运行带来了一定的危害。1谐波对电力设备的危害图1并联谐振1．1对煤矿电网的危害(2)串联谐振矿山电网为了提高功率因数，通常在lOkV或煤矿供电系统可简化为图2所示的系统。当谐6kV母线上接有静电补偿电容器，配电线路具有一波频率较高时，补偿电容器与电网分部电容的等效定的分布电

3、容，在某种频率下可能产生系统的局部阻抗降低，发生串联谐振的条件为：并联谐振或串联谐振[2]，使之产生过电压或过电流。厂—————(1)并联谐振厂一一．(2)大部分谐振源可以看成为电流源，并联谐振对式中：^为并联谐振频率，为工频电源频率，Srw谐振源形成高阻抗回路，谐振时谐振电压高，使得并为主变压器额定容量，ZT为主变压器短路阻抗压降联分支电路中谐波电流增大。百分数，S为补偿电容器额定容量与分部电容的等煤矿110kV或35kV变电站的10kV或6kV效容量，S。为负载的额定容量。发生串联谐振时，谐电源母线上接有静电补偿电容器、供电变压器、

4、电动波电压并不高，但是，电容器回路流过的电流较大，机、功率较大的变流装置等假设电源为纯电感，则谐导致补偿电容器因过载而损坏。波谐振的频率为：fh一厂1~／S／S．(1)式中：为工频电源频率，S谐波源母线的短路容量，S为补偿电容器额定容量与分部电容的容量总和。图2串联谐振图1为接有谐波源母线上可能发生的并联谐1．2对静电补偿电容器的危害振，图中C为线路的分部电容，L为线路电感，T电容器的容抗与频率成正比例，过大的谐波电为主变压器。收稿日期：2009—01—2l作者简介：王中东(1968一)，男，山西原平人，助理工程师，主要从事煤矿电气材料

5、、配件采购管理及科技管理工作第4期王中东：煤矿电网谐波电流的危害与治理293流会使电容器过载，温度升高。成，运行中它与谐波源并联。谐波源使系统电压畸变，补偿电容器产生附加(1)单调谐波滤波电路损耗为：△一>一：c(tan3)∞hU}．(3)h。。=2Zh—R+(L—1)一R+(‰L一瓦)．(4)式中：C补偿电容器容量，∞一2，谐波角频率，厂为工频频率，^为谐波次数，为第^次谐波电压的有效值，tan~=C为介质损耗因数。如果谐波电压波峰与工频波峰重合，可能造成绝缘击穿，局部放电，电容器损坏。1．3对电动机的危害谐波电压谐波电流在交流电动机

6、定子绕组和转子回路及定子与转子的铁芯中产生附加损耗，其原因是谐波频率高，集肤效应明显，磁滞及涡流损耗增加。谐波电流产生的漏磁将产生附加损耗。———变频器控制的交流电动机，谐波电压谐波电流产生轴承电流，特别是电动机功率大于100kw的拖动系统，烧坏电动机轴承的现象时有发生。窜窜三口R交流电动机定子绕组中的谐波电流，将产生谐波旋转磁场，进而产生高频电磁转矩，正序谐波产生图3高通滤波电路的电磁转矩为拖动转矩。而负序谐波电流则产生制图3一a为二阶高通滤波电路，滤波效果好，但对动转矩，谐波电流产生的转矩脉动，使电动机声响异工频波具有一定损耗；图3

7、一b为三阶高通滤波器，常，外壳振动。C、C提高了滤波电路对工频的阻抗，降低了工频1．4对电力电缆的危害损耗；图3一C是C型滤波电路，其特点是C。与L对工电缆的分布电容对谐波电流具有放大效应，当频串联调谐，所以R中工频损耗很小，但是，它对工电网负荷处于低谷时，谐波电压可能使电压的波峰频偏差及元件参数变化比较敏感。升高，使电缆介质损耗增加，造成电缆绝缘体局部放(3)双调谐滤波电路电事故。图4为双调谐滤波电路，正常工作时串联电路1．5对电力变压器的影响的工频阻抗远大于并联部分的工频阻抗，并联部分谐波电流使变压器铜损增加，谐波电压使变压承受的工

8、频电压比串联部分低的多。器磁滞和涡流损耗增加，使绝缘材料的应力降低，温度升高，绝缘加速老化，寿命降低。另外，谐波对测量仪器仪表、继电保护装置均有一定的影响，导致测量不准确，继电保护装置误动或拒动。2谐波的治