煤礦電網(wǎng)諧波分析與研究

李志貴

摘 要：為礦區(qū)提供安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)電能是礦區(qū)供電單位的宗旨，諧波成為影響電能質(zhì)量的重要因素。該文對(duì)某煤礦電網(wǎng)的諧波進(jìn)行測試分析，并根據(jù)測試結(jié)果提出整治方案。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償裝置 安全生產(chǎn) 諧波 有源濾波

中圖分類號(hào)：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0077-01隨著現(xiàn)代化礦井的建設(shè)，電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的大量應(yīng)用，大量諧波流入電網(wǎng)。就現(xiàn)代化煤礦變電站而言，煤礦諧波負(fù)荷源占總負(fù)荷比例越來越大。諧波的主要危害：增加電力設(shè)施負(fù)荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的有效容量和效率，造成設(shè)備浪費(fèi)、線路浪費(fèi)和電能損失；諧波的易使供電系統(tǒng)發(fā)生諧振，造成過電壓使設(shè)備損壞；諧波使電動(dòng)機(jī)、變壓器銅損、鐵損增加而過熱，其次使電動(dòng)機(jī)震動(dòng)增加；諧波含量較多的電流將使斷路器的遮斷能力降低，造成事故擴(kuò)大化；諧波使變壓器鐵心產(chǎn)生磁滯伸縮現(xiàn)象，噪聲增加；諧波使電壓波形畸變，引起電機(jī)和變壓器絕緣游離放電，引起絕緣介質(zhì)強(qiáng)度降低，使用壽命縮短；諧波影響通信設(shè)備、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、測量設(shè)備和儀表等的可靠性。因此對(duì)煤礦電網(wǎng)諧波問題的研究與治理是十分必要。該文對(duì)神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)某現(xiàn)代化礦井的電網(wǎng)的諧波問題進(jìn)行分析與研究。

1 煤礦電網(wǎng)諧波測試與分析

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)剛建設(shè)投產(chǎn)的某現(xiàn)代化礦井為例，地面變電站為35 kV/10 kV變電站，在10 kVⅠ段母線、Ⅱ段母線分別裝有一套SVC無功補(bǔ)償裝置，濾波器設(shè)3、5、7、11次共四組濾波通道。總安裝容量約7.2 MVar，隨著礦井的投產(chǎn)，出現(xiàn)提升機(jī)整流柜快速熔斷器頻繁燒毀，給該礦安全持續(xù)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，并造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，基于以上情況，對(duì)該礦電網(wǎng)進(jìn)行了電能質(zhì)量測試。測試重點(diǎn)為35kV 變電站、無功補(bǔ)償裝置各支路、提升機(jī)配電室進(jìn)了測試，提升機(jī)配電室總負(fù)荷約為60MVA，部分測試結(jié)果見表1。

其中無功補(bǔ)償裝置各支路、提升機(jī)配電室的電能質(zhì)量較差。根據(jù)與國家諧波標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)存在2、3、9、11、12、13、14、17次諧波電流超標(biāo)，其中提升機(jī)配電室11、13、14次諧波嚴(yán)重超標(biāo)。在分時(shí)段進(jìn)行測試中發(fā)現(xiàn)2、3、9、10、11、12、13、14次諧波隨著煤礦生產(chǎn)負(fù)荷增大而增加，其中提升機(jī)配電室諧波分量最為嚴(yán)重。由于該提升機(jī)采用交-直-交變頻，在運(yùn)行過程中，諧波含量隨著負(fù)荷的變化率而變化。地面35kV變電站裝設(shè)的SVC窩工補(bǔ)償裝置的TCR支路也成為一主要的諧波源，其產(chǎn)生的主要諧波為3、5、7、9、11、13次諧波。

2 整治方案

目前諧波治理的方法主要有無源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)兩種。有源電力濾波器與無源濾波器相比，有源電力濾波器具有高度可控制和快速響應(yīng)特性，并且能跟蹤補(bǔ)償各次諧波、自動(dòng)產(chǎn)生所需變化的無功功率，其特性不受系統(tǒng)影響，無諧波放大危險(xiǎn)，相對(duì)體積重量較小等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為電力諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)闹匾侄?。有源電力濾波器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

如果在兩臺(tái)主井提升機(jī)處裝設(shè)無源濾波設(shè)備，容易與35 kV變電站裝設(shè)的SVC發(fā)生并聯(lián)諧振，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。根據(jù)據(jù)現(xiàn)場情況我們采用有源濾波設(shè)備對(duì)其進(jìn)行治理。由于該礦的主諧波源為提升機(jī)的變頻設(shè)備，因此選擇對(duì)每臺(tái)提升機(jī)裝設(shè)一臺(tái)有源濾波器，對(duì)其產(chǎn)生的諧波進(jìn)行就地治理。每臺(tái)提升機(jī)產(chǎn)生的總諧波電流為，有源濾波器的容量應(yīng)為，為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行可靠運(yùn)行，需要留有20%的余量，即為0.81×120%=0.97MVar。因此需要有源裝置總的容量為0.97MVar，考慮考慮有源濾波器的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，需要2臺(tái)1MVAR/500V的有源裝置并聯(lián)，總的容量為2MVAR，一次系統(tǒng)主井提升機(jī)的額定容量為5.6MW，SVC裝有3、5、7、11次無源濾波支路用以濾除TCR支路產(chǎn)生的諧波。有源濾波器采用“補(bǔ)償特定次數(shù)諧波”方法，與SVC的耦合程度小，其是否投入對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性基本沒有影響。

3 治理效果比較

通過裝設(shè)有源電力濾波器后測試結(jié)果與未裝有源電力濾波器的測試結(jié)果相比較，明顯發(fā)現(xiàn)裝有有源濾波器后各次諧波得到了很好的治理。

4 結(jié)語

煤礦電網(wǎng)諧波問題造成的故障普遍存在，并且會(huì)引起其他弱電系統(tǒng)誤報(bào)警或誤動(dòng)作，造成安全隱患。針對(duì)煤礦電網(wǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量測試，據(jù)此提出治理方案進(jìn)行綜合治理，有利于提高供配電網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性，降低系統(tǒng)損耗，提高能源利用水平，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

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