煤矿地面供电系统谐波治理的方法研究

张建茹

摘 要：在经济发展的带动下，电力企业持续稳定发展，供电系统在社会各行业中的应用更加广泛，将供电系统具体应用在煤矿区过程中，产生一定的谐波问题，造成煤矿区严重的电网污染问题，加强煤矿地面供电系统的谐波治理，成为当前重要的研究课题。基于此，本文简析了供电系统产生谐波的原理，以及谐波的重要性，并具体分析治理煤矿供电系统谐波的措施，确保提升电网运行的稳定性。

关键词：煤矿区;供电系统;谐波;治理方法

中图分类号：TD61 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）09-0176-02

0引言

煤矿行业迅猛发展，需要各项现代化信息技术的支撑，同时，各类电子装置的使用范围更广。在信息技术的支撑下，煤矿区信息化程度有待于进一步提升，进而减少供电装置的故障问题，提升电网运行的可靠性。因此，相关煤矿区必须加强对供电系统谐波的危害性进行深入研究，确保煤矿区供电质量得到保证，从而保障煤矿区各类机电设备、装置的安全性。

1供电系统谐波原理及其危害性

1.1原理

一般供电系统，电能质量的判定，包括频率偏差、电压偏差、电塔波动与闪变、三相不平衡、谐波含量等。其中，谐波直接关系到电能质量，谐波在周期内运行过程中，频率一般是基波频率的整数倍，供电系统中产生谐波的原因，通常与非线性负荷有关，在电流通过时，若电流形式与电压之间未呈现线性关系，则会产生谐波。因此，治理供电系统的谐波问题，能够有效改善供电系统运行的稳定性，提升供电质量。

1.2危害性

供电系统中的谐波，在一定程度上加大了电动机、变压器的电阻，加剧了能量的消耗，温度会在短时间内迅速上升，供电系统将严重受损，相关设备极易老化，运行周期也将大大缩短。谐波的运动频率较快，其中任何一个谐波电压，产生振动均会对电容器造成影响，甚至是爆炸，后果不堪设想。在谐波的影响下，继电保护器，运行动作可能改变，供电设备、仪表装置运行的稳定性、安全性得不到保障。同时，供电系统谐波的产生，直接影响系统本身的运行方式，可能导致通讯系统发生电磁耦合问题，进而影响到系统通讯线路的稳定性。谐波在煤矿供电系统中的危害包括：

1.2.1危害电力电缆

矿区供电系统产生谐波时，现场布设的电缆，将会释放大量的谐波电流，严重影响供电区电压的峰值，谐波频率产生的强烈振动将会影响现场电压的稳定性，甚至损坏电缆线路，由于煤矿区的性质非常特殊，包含了大量的爆尘、瓦斯，危险系数较大，谐波的产生直接威胁到煤矿区的正常供电、用电，影响矿区的正常工作、生产，安全性得不到保障。

1.2.2对电机的危害较大

供电系统谐波产生时，具有高频率特点，大量的谐波电流存在于系统装置回路中，对供电系统的损害性较大，尤其交流电机遭受谐波电流的侵袭，电机的轴承会严重受损，在谐波电流较大的情况下，直接烧坏电机，影响供电系统的正常运行使用。

1.2.3继电保护动作错误

煤矿区供电系统产生谐波时，谐波电流可能持续增大，影响到系统的整个归路，导致断路器的诊断产生闭合现象，大大降低了断路器开闭效果，一定程度上影响供电系统的继电保护动作判断，甚至造成恶性循环的效果，进而影响整个供电系统的稳定性。

1.2.4对变压器的危害

煤矿生产中，供配电系统的谐波，对电力设备的损坏率呈上升趋势，对供电系统的危害性极大，在运行过程中，容易导致变压器铁芯的谐波振动，从而产生更大的噪音，产生的影响十分恶劣，造成变压器寿命缩短，对煤矿地面生产的影响巨大。

1.2.5危害通信信号

煤矿企业在生产过程中，广泛应用供电设备，对设备使用的自动化程度较高，供电系统一旦产生谐波，将严重影响系统的整体运行情况，加剧系统的故障范围，容易影响电能计量仪表的误差，影响煤矿地面正常生产运行。

2治理煤矿地面供电系统谐波的有效对策

2.1煤矿供电系统出现谐波的原因

电力系统在煤矿现场用电过程中，系统装置、非电力荷载元件均容易产生谐波，包括重要的机电元件，如主排水泵、提升机、直升机等，电力系统出现任何一种故障，均会影响煤矿地面的整体生产情况，干扰各设备信号，影响煤矿地面的正常工作。

2.2治理供电系统谐波的途径

2.2.1受端治理

为更好保障煤矿地面供电的稳定性，必须采取及时有效的措施进行治理，合理选择供电方式，选择大容量的供电点，为谐波供电，避免电容器进一步放大谐波的电流范围。此种方法的原理，采取的是抑制措施，通过增加串联的方式，最大化提高谐波的抗干扰能力，并将电力系统设备控制在一定的环境中，更好改善谐波的性能，或者增加灵敏的谐波保护装置，均可以提升谐波的治理效果。

2.2.2主动治理

主动治理，采取的是增加电流装置的相数，采用多重技术，增加脉波数，通过电流叠加的方式，降低谐波，甚至消除谐波的频率，将谐波的频率范围控制在最小范围内[1]。有研究显示，部分煤矿企业，通过改变谐波源配置、工作方式等，缓解谐波电流带来的危害，或者采用集中谐波互补性装置，将谐波电流进行适当的分散，通过限制谐波电流值，改变谐波的工作方式，同时，在安装供电系统时，进行合理化的设置，并采用脉宽技术，降低谐波电流的幅值，具体情况下，需要结合煤矿区工作实际进行调整。

2.2.3被动治理

被动治理主要采用的是无源滤波器PE，利用其功能优势，吸收谐波电流，同时可以实施无功率补偿的方法，提升对系统的维护力度，煤矿区采用的常見方法为APE，通过补偿、隔离谐波，降低谐波对供电系统的危害性，在谐波频率振动较快的情况下，可以采用混合式的滤波器，减弱谐波电流，充分发挥被动治理方法的优势性，其中，无源滤波的工作原理，是将多条单调谐波支路进行频率调整，并把支路中的谐波频率的总抗阻控制在零左右，从而更好地凸显谐波的治理效果。

2.2.4合理选择电力电缆

煤矿企业在电力电缆的选择上，要充分考虑电缆截面材料的使用性能，考虑电缆发热情况，根据电缆的载流量，具体分析电缆截面的级别，并在中性线截面中保留足够的空间，减少谐波电流产生的集肤效应，进而保证中性线的发热情况，得到有效的缓解，在电缆材料的选择上，要安排专人进行材料审核，从源头上保证电缆质量，促进供电系统运行的稳定性。

2.2.5变压器的选择

煤矿开采企业的供电系统中主要需要依托变压器，在选择变压器过程中，要根据线路电压的额定载容量合理选择变压器，从而缓解谐波电流振动带来的发热问题。同时，相关人员要充分考虑接线问题，合理选择变压器的接线方式，并不断强化相关人员对谐波的危害性认识，从源头上将谐波危害的萌芽，扼杀在摇篮中。

2.2.6安装无功补偿装置

安装无功补偿装置，能够有效缓解设备的使用性能，通过加装静止无功补偿装置，避免谐波电流频繁产生，减少电容器装置串联振动的现象。

2.3矿区供电系统谐波治理的具体治理案例分析

煤矿区的供电系统谐波总含量，需要进行具体的预测分析，某矿区地面供电线路为35kV，相关人员经过检测发现35kV线路中的电压谐波，超标严重，亟需进行治理，并在研究分析过程中，发现谐波频率振动不断增大，经过研究分析后，煤矿区制定了详细的谐波治理方案，并严格要求相关人员，具体将方案进行落实[2]。方案内容包括，在有源滤波器中，加基波串联支路，从根本上降低滤波器的容量，通过将谐波电流进行分散，提供较大的無功率补偿，进而提升谐波的治理效果，为更好提升谐波治理效果，可以具体结合35kV线路电压的特点，构建完善的治理系统，提升对谐波的治理效果。

在研究中发现，35kV电网中，第5次、6次谐波含量较高，通过对第5次、6次谐波的频率进行调整，不断加大功率的补偿需求，更好提升对谐波的治理效果，通过有源部分的耦合变压器与基波进行串联，更好缓解谐波电流的抗阻，提升供电系统运行的稳定性，保证电网供电质量，最大化提升煤矿区的经济效益。

2.4煤矿地面供电系统谐波仿真模型试验分析

为治理好煤矿企业供电系统谐波问题，相关研究人员进行谐波电流仿真模拟试验，对精细化展开分析研究，确保更好提升对谐波的治理效果。由于供电系统谐波电流直接关系到煤矿区作业的安全性，加强地面供电系统谐波的研究具有重要的现实意义。研究学者纷纷运用多元的探讨方法进行谐波研究，为相关煤矿企业提供有价值的参考意见。

2.4.1煤矿供电系统内谐波模型研究

煤矿企业中的供电系统的谐波，包括两种装置，如整流装置、变频装置，设计的技术种类较多，如单极性变频、多电平变频等，在矿区使用过程中，不可避免地会产生一定的谐波量，影响供电系统的周期性运转情况，其中整流装置，在使用过程中，产生大量的谐波，导致供电系统反复开闸、关闸，影响系统正常运行，甚至直接阻断系统运行。研究人员，通过构建谐波电流仿真模型，进一步分析谐波性质，发现当变频装置保持不变的状态下，改变载波，不会影响谐波电流的畸变，与谐波电流相吻合;当二极管导通角逐渐变化时，谐波电流会随着角度的变大，逐渐减小，并呈现线性变化规律，二极管导通角，作为不可测的变量，对谐波电流，具有明显的影响，需要相关人员进一步的研究分析[3]。通过仿真模型的构建，便于研究人员更好地制定谐波的治理方案，并提出一些建设性意见，确保最终有效解决谐波问题，促进供电系统更好地满足矿区作业要求。

2.4.2供电系统谐波密度分析

研究人员在进行具体操作过程中，需要一切按照《电能质量公用电网谐波》规定，开展探究活动，并将谐波概率密度控制在合理的范围内，减少计算上的偏差，并对具体得出的结果进行分析评价，促使煤矿地面谐波值，符合施工作业要求。在具体计算过程中，研究人员采取的是函数计算方法，并通过各项参数数据对比分析，具体分析故障产生的原因，更好为仿真模型的构建，提供可靠的依据明确试验结果的精准性[4]。由于煤矿的开采频率，不断增加，开采规模不断扩大，增加了煤矿开采企业难度，各项供电设备、设施随之增加，谐波的密度值变化规律更加明显。煤矿企业，需要不断提升矿区各项信息化技术，提升数字化水平，为治理供电系统谐波问题夯实基础。

3结语

综上所述，新时代发展下，电能质量问题是社会各行业关注的焦点问题，在煤矿企业中，为更好提升供电的稳定性、合理性，必须加快采取对谐波治理的措施，从多方面控制谐波产生的电流量，从而更好保护供电系统，促进系统的正常运行，不断提升煤矿企业开采效率，降低生产风险，提升煤矿生产的安全系数，推动煤矿企业健康长远发展，为相关企业树立榜样。

参考文献

[1] 史永辉，张学鹏，刘杰杰.企业供电系统谐波的处理策略[J].科技风，2020（9）：176.

[2] 豆军强.煤矿供电系统谐波治理及无功补偿[J].电子技术与软件工程，2019（24）：222-223.

[3] 刘骁.煤矿供电系统谐波仿真模型分析试验[J].机械研究与应用，2019，32（6）：156-158+161.

[4] 景白宇.煤矿供电系统无功功率补偿技术应用研究[J].能源与节能，2019（5）：172-173+175.