浅谈矿井供电系统谐波的危害及消除办法.doc

浅谈矿井供电系统谐波的危害及消除办法訾希龙浅谈矿井供电系统谐波的危害及消除办法摘要：本文分析了矿井供配电系统中谐波的成因和危害，并积极根据实际矿井生产需要提出了治理谐波的必要性及有针对性的浅谈消除或抑制矿井供电系统谐波的措施。关键词：谐波、谐波危害、谐波治理矿井供配电系统中谐波的危害已经广为人知,本文就矿井供配电系统谐波的成因与危害做了简要探讨,并提出了一些针对性的治理措施。 供电质量包括系统电压、频率的合格率，峰值、超限电压持续时间、停电时间，以及电网谐波含量等诸多方面。其中谐波问题一直是主要的电能质量问题。谐波广泛存在于供配电系统各个环节，谐波电流会在公用电网引起电压畸变，也会对企业内部电网其它电气设备产生不利影响，甚至造成危害。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长电气设备使用寿命，改善电磁环境,提高产品的品质。 在一个理想的交流电网中，各相电压随时间作周期性变化，并且呈正弦波形，煤矿企业或其他用电企业都非常希望电压保持理想正弦波形。但是实际上由于某些具有非线性特性的电网元件的影响，使电网电压偏离正弦波形，特别是近年来电力电子装置在我国煤炭工业中的应用日益广泛，煤矿供配电电网中愈来愈广泛地使用变频设备、整流设备等电力半导体装置。电力半导体装置是非线形负载，其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的非正弦波。根据傅立叶级数分析，可分解成基波分量和谐波分量。谐波主要由谐波电流源产生，当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因此发生畸变，谐波电流注入到煤矿电力系统中,这些非线性设备就成为煤矿电力系统的谐波源。 一、矿井供配电系统中谐波的原因和危害 矿井供配电系统中的主要谐波来源是含半导体的非线性元件，如为矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等设备节能和控制用的电力电子设备，诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等。矿井供电网络谐波的危害主要是造成电网的功率损耗增加，电气设备寿命缩短，接地保护功能失灵，遥控功能失常，线路和设备过热等，还会引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电力互感器、变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，使造成供电网络设施损坏、元器件老化，造成电子保护装置误动作，增大附加磁场的干扰等。 当谐波电流流经变压器时会导致铜损（变压器在带有负载运行时，原、副边便有电流通过，由于原副、边线圈都有一定的电阻，当电流流过电阻时，便产生了损耗）和杂散损耗增加，谐波电压则会使铁损（变压器铁芯的磁通由于是交变的，所以产生了磁滞损耗和涡流损耗）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耗增加，加速绝缘介质老化，降低设备使用寿命或因长期过热损坏，影响控制保护及检测装置的工作精度和可靠性，特别是高次谐波发生谐振时，最易使电容器负荷过热、过负荷、振动和发出声音，甚至损坏，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，谐波如果不经过治理直接进入上级电网，将会给电网带来严重的谐波污染。二、矿井供配电系统谐波治理 鉴于谐波存在矿井生产、工作多方面的危害，对矿井安全生产和生活存在很大隐患，根据国家对谐波污染的治理要求，采取必要而有的措施，避免或补偿已产生的谐波尤为重要。在矿井供配电系统中，应积极采取消除或抑制谐波危害的防范措施。 1、电力电缆的选择。在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中,应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于连接谐波主要扰动源设备的配线,确定电缆载流量时应留有足够裕量,必要时可适当放大一级选择电缆截面，防止谐波危害的发生。 2、合理选择变压器。正确合理地选择变压器的接线方式,能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。在三角形/星形变压器里,不平衡电流和3N次谐波电流在原边绕组内循环流动而不会传入电源配电系统中。矿井供配电系统中各级变压器应多采用三角形/星形变压器。在根据负载确定电力变压器额定容量时,应考虑谐波畸变而留有裕量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70%80%,该裕量可防范谐波引起的变压器发热危害。 3、无功补偿电容器的配置。在有谐波背景的矿井供配电系统中,不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振,必须采用调谐式电容器组。调谐式电容器组即在补偿电容器中加串调谐电抗器。电抗器的主要作用是避开谐波电流可能出现的频率。这种电抗器被称为调谐电抗器,带有这种电抗器的电容器组则被称为调谐电容器组。一般都用并联电容器的方法进行人工补偿,电力电容器具有投资省、有功功率损失小、运行维护方便、故障范围小等优点。通常是将电容器(设备在用户载变电所中)并联到电感性负载的电路中,利用感性负载的无功功率与电容的无功功率相互抵消补偿的原理来提高功率因数;在电感性负载上并联了电容器后,减少了电源与负载之间的能量互换,这时电感性负载所需的无功功率大部分或全部都是就地供给(由电容器供给),就是说能量的交换现在主要或完全发生在电感性负载与电容器之间,因而使发电机容量能得到充分地利用。使用调谐电容器组的目的不是为了显著地降低谐波畸变,而是为了确保电容器组不会因为诸如系统阻抗、投入段数、系统配置、负荷状况等原因而发生谐振。4、谐波补偿装置进行补偿。对矿井中的主要谐波源,如:大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备,在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染，它们产生的高次谐波电流，将引起系统运行电压波形的畸变，污染电网，是电气设备的一种公害。谐波电压施加于电容器组上，其危害性更大。当电网中有谐波影响电容器族的安全运行，特别是当电容器组容量较大，距谐波源较近时，必须采取加装滤波装置或串联电抗器的办法，对谐波加以抑制。为了拟制变频器在运行中产生的谐波,需增加谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧坏。另外,它只能补偿固定频率的谐波,效果不甚理想,但该装置结构简单,目前仍被广泛应用。电力电子器件普及后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法,有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。综上所述，对矿井供电系统的谐波治理具有重大的经济意义，对电气设备的使用寿命以及矿山企业的可持续发展有着重要的意义。作者简介：訾希龙 2004年7月2007年7月 黑龙江工程学院 2007年7月至今 鹤岗市南山煤矿机电科技术员