矿井供电谐波危害及治理措施

摘要：矿井供电系统的谐波主要来自于电力网线路中,它是由交流电源和其它电流产生的,但也有部分会含有非线性负载。由于矿井供电系统在实际运行时存在着很多问题以及故障等因素而造成了一些严重后果。矿井供电系统的主要任务是确保煤矿企业供电质量,因此,必须要加强对矿井谐波含量和危害因素的研究,并采取有效措施加以应对。本文就当前矿井供电系统中所存在的谐波问题进行了分析与探讨。本文从针对矿井供电系统中常见的谐波危害入手分析，结合矿井项目实际情况展开问题分析，并提出了解析治理措施和建议以供参考。

关键词：矿井供电；谐波危害；治理措施

矿井供电技术在电力系统中具有非常重要的作用,其主要功能是提高电能质量,改善用电环境,满足人们日常生活和工业生产需要。随着社会经济水平不断提升、科学技术发展迅速以及人民生活条件逐渐改善等因素都对煤矿企业供电工作提出了更高要求。而由于矿区的特殊性及运营过程复杂程度较高使得矿山变电站受到严重影响；同时电力系统中还存在一些非线性负载现象也会给矿井供电带来危害问题,如何保障矿井供电系统的稳定性、安全性与可靠性，成为了值得深思的话题。

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谐波的产生

矿井供电系统谐波问题主要体现在功率因数、投切电容器组、设备工作特性及电压闪变等几个方面，谐波与无功的产生对供电系统产生了较大的危害，较大程度降低了电能质量及能源损耗。实际上，非线性元器件和设备在电网中的大量存在，在接收电网提供的非正弦波形的电源供电后，会产生谐波电流，导致电网电压失真。对于矿井供电系统中谐波和无功的产生，主要由于以下几个方面：

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功率因数不达标

从实际工程现状来看，矿地面是100kv变6kv供电系统，井下是6kv变1140和660供电系统，矿井两段6k V母线上安装了固定投切补偿电容器组。在公共点检测过程中，测算出的无功缺口为3960kvar。其测得结果有明显偏差，功率因数明显不符要求，功率因数难以满足实际要求。

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电容器组频繁投切

由于投切电容器组的组件基本以电容为主，因此在实际应用中，其会受到充放电的影响，导致装置无法继续运行而出现跳变的情况，当电容器组应用到矿井供电系统后，会产生幅值、频率较高电流，能够视作短路电网合闸所带来电流。可达到正常电流幅值的数倍，明显大于电网线路电流额定值，且频率达到几千赫兹，所以会给供电系统线路带来直接影响乃至重大破坏，一般导致断路器灭弧室遭到破坏，引起巨大损失。若投切过于频繁，那么会引起电压变化。按照现场检测情况来看，在投入与切除刹那，6kV母线电压瞬间变化幅度达到8%以上，电压暂态变化会给矿井用电设备造成严重威胁，形成极大的安全隐患。在实际的矿井工程更应该重视。

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设备工作特性

主变、提升机因工作特性造成设备负荷波动过大过强，形成许多无功功率与谐波，也让电压波动、压降过于明显，其它设备运行随之受到明显干扰与阻碍；变压器效率低、铁损高、因数小。与此同时，谐波还将引起保护误动，导致消弧线圈失效，电容器组投运受到严重的影响，电缆受损。

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电压闪变范围过大

提升机工作存在规律性与周期性；作业阶段电压变化大，压降大，电流变化幅度较大，瞬间变化过于直观。因为供电系统无功补偿装置安装容量未达标，而设备工作特性所带来无功完全不能实现高效、精准补偿，所以电压闪变存在异常。

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谐波危害

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对高压设备的危害

从旋转电机的角度来看，谐波不仅会产生额外的线损，而且也会导致元器件异常振动，产生过电压在内的多种问题，影响到设备的使用寿命，使设备在运行的过程中释放出更大的噪声；从变压器的角度来看，谐波会到导致其钢片温度异常升高，绕组损耗提高，使用寿命缩短；从电缆的角度来看，谐波会造成温度升高、介质损耗，甚至是局部放电现象。除此之外，谐波还会对消弧线圈等设备造成影响，使其无法正常的运行。

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对电网的危害

电网在谐波的影响之下，会产生明显的谐振现象，不仅增加了损耗，而且也会严重干扰潮流计算结果的有效性。

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对继电保护装置和通信线路的危害

如果电网中存在谐波，那么继电器将会受到直接的影响，出现误动等相关问题，而且测量设备的测量精度也会受到极大的影响。对于通信线路而言，谐波是一种干扰因素，导致通信和质量降低甚至是信号的丢失，严重时发生安全事故。

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谐波治理措施

从上述的分析来看，矿井供电谐波的产生及其危害的形成对于矿井工程的安全性会造成极大的影响。因此，为了确保矿井工程能够顺利稳定的进行，就需要做好提前的谐波治理工作，规避谐波的产生，谐波不产生，其带来的危害也就自然而然的消失，以这样的思路来提出下面可参考的治理措施。

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电力设备消除谐波

在实际的矿井工程中，可以有效的借助电力设备将谐波大量消除。目前在矿井工程中可行的消波手段以安装谐波过滤器为主，通过在供电母线中安装谐波过滤器，将供电线路中的大部分谐波消除，可以有效的抑制电流波动现象的产生，将矿井电网中的谐波大量的吸收，从而实现无功补偿。一般来说，在矿井供电系统时中常用的消除谐波的方法有两种，一种是通过消谐器实现电压互感器接地，将部分谐波分走；另一种则是使用消弧线圈，实现供电系统的自动补偿通过接地的形式，将大部分谐波消散，实现谐波治理。同时APF有源滤波器、PPF无源滤波装置等都可以在供电系统中消除滤波。

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补偿电容串联

在矿井工程实际工作中，由于矿面到矿下的距离相对比较远，使得供电线路的长度过长，导致供电系统整体的压降增大，要确保实际工作中供电质量能够稳定，就需要尽可能的降低线路压降，当供电设备能够稳定运行时，也就意味着谐波并没有产生，从侧面优化的角度实现谐波治理。一般来说保障供电设备的稳定运行，一般通过通过给线路增加补偿装置的形式来缩短输电线路的长度，当输电线路长度减少后，线路的压降也自然就下降。目前使用最多的补偿装置是串联补偿电容，其通过维持供电系统的稳定，来优化供电质量，在保障谐波不产生的基础上，也能够很好的解决矿井下线路过长的问题。

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有效的技术手段

除了基础的消除部分谐波之外，过滤滤波也是一种可行的方法。通过才有有效的技术手段是现实实现滤波治理，可以达到过滤滤波的目的。比如说在供电系统中将换流装置改良，在供电系统原来的参数上扩大其像数和脉冲数，就可以有效的减少部分谐波，达到减少谐波的目的。同时，还可以完善供电系统的质量建设，在线路的布置中以双流线路布置为主，或者是从多个供电网是中引进电能，确保供电质量可以稳定。同时在电容器的选择中，尽可能的选择供电谐波放大系数小的电容器，以过滤滤波。

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谐波治理法制化

在矿井工程中，当前以法制化的手段改变目前谐波被动治理的现状是非常有必要的。在矿井工程中，对应的负责人要明确供电系统建立的标准，并尽可能的选择谐波含量低的设备组建供电系统。同时也强化技术人员与工程人员对谐波的认识，从每个人做起实现供电系统的监管，确保供电系统的稳定，实现矿井工程的高效管理。

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总结

综上所述，对于矿井供电谐波治理来说，首先要明确的是谐波是如何产生的，同时对供

电系统又会产生何种损伤，只有了解其产生的原因及其影响的范围，才好对症下药。同时在实际的工程中，更应该让负责人与工程人员有一定的警觉意识，尽可能的从源头阻断谐波的产生。

参考文献：

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[2] 吴波. 矿井提升机系统无功补偿和谐波治理标准研究[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2019(15):2.

[3] 王俊义. 谐波消除技术在矿井供电质量改进中的应用[J]. 矿业装备, 2020(4):2.

个人简介：庞志国 1987.02男 山西临汾 汉 本科 助理工程师 永城煤电控股集团有限公司 研究方向:供电谐波治理