煤矿电网谐波分析与研究

李志贵

摘 要：为矿区提供安全、优质、经济电能是矿区供电单位的宗旨，谐波成为影响电能质量的重要因素。该文对某煤矿电网的谐波进行测试分析，并根据测试结果提出整治方案。

关键词：无功补偿装置 安全生产 谐波 有源滤波

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0077-01随着现代化矿井的建设，电力电子技术和计算机控制技术的大量应用，大量谐波流入电网。就现代化煤矿变电站而言，煤矿谐波负荷源占总负荷比例越来越大。谐波的主要危害：增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；谐波的易使供电系统发生谐振，造成过电压使设备损坏；谐波使电动机、变压器铜损、铁损增加而过热，其次使电动机震动增加；谐波含量较多的电流将使断路器的遮断能力降低，造成事故扩大化；谐波使变压器铁心产生磁滞伸缩现象，噪声增加；谐波使电压波形畸变，引起电机和变压器绝缘游离放电，引起绝缘介质强度降低，使用寿命缩短；谐波影响通信设备、继电保护和自动装置、测量设备和仪表等的可靠性。因此对煤矿电网谐波问题的研究与治理是十分必要。该文对神华宁夏煤业集团某现代化矿井的电网的谐波问题进行分析与研究。

1 煤矿电网谐波测试与分析

神华宁夏煤业集团刚建设投产的某现代化矿井为例，地面变电站为35 kV/10 kV变电站，在10 kVⅠ段母线、Ⅱ段母线分别装有一套SVC无功补偿装置，滤波器设3、5、7、11次共四组滤波通道。总安装容量约7.2 MVar，随着矿井的投产，出现提升机整流柜快速熔断器频繁烧毁，给该矿安全持续生产带来严重影响，并造成一定的经济损失，基于以上情况，对该矿电网进行了电能质量测试。测试重点为35kV 变电站、无功補偿装置各支路、提升机配电室进了测试，提升机配电室总负荷约为60MVA，部分测试结果见表1。

其中无功补偿装置各支路、提升机配电室的电能质量较差。根据与国家谐波标准进行对比分析，发现存在2、3、9、11、12、13、14、17次谐波电流超标，其中提升机配电室11、13、14次谐波严重超标。在分时段进行测试中发现2、3、9、10、11、12、13、14次谐波随着煤矿生产负荷增大而增加，其中提升机配电室谐波分量最为严重。由于该提升机采用交-直-交变频，在运行过程中，谐波含量随着负荷的变化率而变化。地面35kV变电站装设的SVC窝工补偿装置的TCR支路也成为一主要的谐波源，其产生的主要谐波为3、5、7、9、11、13次谐波。

2 整治方案

目前谐波治理的方法主要有无源滤波技术和有源滤波技术两种。有源电力滤波器与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有高度可控制和快速响应特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大危险，相对体积重量较小等突出优点，已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。有源电力滤波器结构示意图如图1所示。

如果在两台主井提升机处装设无源滤波设备，容易与35 kV变电站装设的SVC发生并联谐振，造成系统不稳定。根据据现场情况我们采用有源滤波设备对其进行治理。由于该矿的主谐波源为提升机的变频设备，因此选择对每台提升机装设一台有源滤波器，对其产生的谐波进行就地治理。每台提升机产生的总谐波电流为，有源滤波器的容量应为，为了保证系统的安全运行可靠运行，需要留有20%的余量，即为0.81×120%=0.97MVar。因此需要有源装置总的容量为0.97MVar，考虑考虑有源滤波器的标准型号，需要2台1MVAR/500V的有源装置并联，总的容量为2MVAR，一次系统主井提升机的额定容量为5.6MW，SVC装有3、5、7、11次无源滤波支路用以滤除TCR支路产生的谐波。有源滤波器采用“补偿特定次数谐波”方法，与SVC的耦合程度小，其是否投入对系统的稳定性基本没有影响。

3 治理效果比较

通过装设有源电力滤波器后测试结果与未装有源电力滤波器的测试结果相比较，明显发现装有有源滤波器后各次谐波得到了很好的治理。

4 结语

煤矿电网谐波问题造成的故障普遍存在，并且会引起其他弱电系统误报警或误动作，造成安全隐患。针对煤矿电网进行电能质量测试，据此提出治理方案进行综合治理，有利于提高供配电网络的安全性、可靠性，降低系统损耗，提高能源利用水平，具有良好的社会、经济效益。

参考文献

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