矿井供电谐波危害及治理探究

　　摘 要 随着电子技术的迅猛发展，在矿井中采用了大量的晶闸管整流电源，使得非线性电气设备产生大量的谐波流入到电网当中，这种谐波对电网产生污染，会导致电路用电效率的下降，严重时会导致电器元件以及矿井设备的损害。本文尝试探究矿井供电系统中谐波产生的原因、危害及消除谐波的措施。
　　
　　关键词 矿井供电 谐波 产生原因 有效消除。
　　
　　根据供电部门对电网影响进行测试，在发生矿井谐波的单位，不仅对本单位的电路造成了严重的影响，有时还会对其他用户的正常用电产生影响，已经被矿井开采行业认为是一大公害。
　　
　　1 谐波源。
　　
　　在矿井的供电网络当中，谐波源主要有绞车可控硅变流装置、电机车整流器、电弧炼钢炉等 , 这些谐波源称之为电流源谐波。变压器、铁心电抗器、电压互感器和远离用户的发电机等，由于含有大量的铁磁物质原件，因此都会产生谐波电流，这类谐波电流称之为电压源谐波。与这部分电压源谐波，已经采取适当的办法进行防治，比如说对发电机采用短距绕组，这一方法能够很大程度上降低电压源谐波对用电户的影响，当然由于电压源谐波对用电户产生的影响较小，因此，电压源谐波并不是矿井谐波防治的重点，而电流源谐波由于影响范围广泛，应当得到相关部门的有效防止。
　　
　　2 矿井谐波产生的原因。
　　
　　2.1 三相桥式整流器能够产生特征谐波。
　　
　　对于三相桥式整流器，必须采用一次或两次绕组，是电路接成星形 / 星形、星形 / 角形、角形 / 星形、角形 / 角形接法的三相桥式整流电路。其中只有角形 / 角形接法才可以使励磁电流的 3 次谐波或零序分量能够流通 , 即在交流侧的 3 倍次谐波不流入电网。
　　
　　2.2 十二相整流器的特征谐波。
　　
　　根据上述说明，对于整流变压器可以做成三绕组变压器， 一次侧为一个公共绕组 , 二次侧两绕组的基波电压幅值相等 , 但相角差 30° , 两组三相桥式整流电路直流侧的电流相等时 , 便构成十二相整流器。两组三相桥交流侧的基波电流相位差 30°，并且谐波符号可由如下公式表示：h= 6K±1.当公式中的 K 为奇数时，谐波符号相反，产生的谐波能够相互抵消。
　　
　　2.3 实际整流器的谐波。
　　
　　（1）实际整流器的三相交流供电电压不完全对称时，使得正弦波形不会发生畸变，并且，三相交流电产生的阻抗不会完全相符，会引起负荷电流，严重时会伴随着非特征谐波的产生。
　　
　　（2）控制系统往往会产生一定误差的触发角，因此会导致触发脉冲时间间隔不等，当触发脉冲消失时，就会引起非特征谐波的产生。
　　
　　（3）对于直流负荷来说，电流的大小不会一成不变，电流的大小受负荷的调制，以整流器供电的直流矿井提升机为例进行说明：当交流侧发生变化时，都会使得直流矿井提升机的直流负荷特征所调制的冲击值和非特征谐波时刻产生着变化，详细的变化情况如图 1 所示。
　　
　　3 谐波对供电系统的具体危害。
　　
　　3.1 使得供电系统发生谐振的概率增加。
　　
　　供电谐波能够时供电系统发生谐振的概率大大增加，最常见的现象是在接有谐波波源的电路上，由于谐波的产生，并且除了谐波之外还有电力电容、电缆和供电变压器等负载，由于谐波和负载的相互影响，就构成了谐振的条件，一旦谐振发生，就会导致电路系统超过标准电压发生击穿绝缘。
　　
　　3.2 对旋转电机的影响。
　　
　　当谐波电压或谐波电流在定子绕组、转子回路以及定子与转子铁芯中产生附加损耗的情况发生时，就会使得电机的旋转频率增高，从而增加了能耗，并且会引发定子和转子产生漏磁场，进一步增加能耗的损失。
　　
　　3.3 对变压器的影响。
　　
　　当产生谐波时，会加大变压器磁滞及涡流损耗，并且能够使得绝缘材料所承受的电气应力增加，当电气应力增大到一定的数值时，就会导致谐波电流损害电路，这种危害对交流电路的影响非常严重，因为，在交流电路的交流测往往会安装交流录波器，并且谐波电流通过交流变压器时，滤波器对他的影响往往会消失。
　　
　　3.4 对电流器和电缆的影响。
　　
　　电流器和电缆在谐波电压的作用下，会产生额外的能耗损失，由于电容器起到对供电电路的串联作用，当额外的能耗发生时，可能会产生危险电压及电流，对供电系统的损耗是非常巨大的。并且在谐波电压的作用之下，会使得电缆以及电流器的损耗增加。
　　
　　4 对于谐波危害的防治措施。
　　
　　4.1 采用先进滤波设备。
　　
　　由于供电谐波的危害非常大，因此在防治供电谐波的过程当中，采用先进的滤波设备是一项有效地防治途径，在目前阶段，用于供电谐波的滤波设备非常广泛，主要有以下几种 : 无源滤波器 FC; 静止型动态无功补偿装置 SVC; 有源滤波器 APF; 静止无功发生器 S V G 等。
　　
　　无源滤波器主要有电抗器、电阻器和电容器组成，无源滤波器采用的工作原理就是利用电力电容器串联适当比例的电抗器，对电路当中的某一特定频率电谐波进行阻抗，也就是对特定频率的谐波电流进行吸收。无源滤波器使用的范围非常广泛，适用于功率因数低、无功变化不频繁和无功功率大等。
　　
　　并且无源滤波器具有造价低廉、结构简单和适合大范围使用等优点，因此得到了矿业部门的广泛使用。
　　
　　但是由于无源滤波器在使用阶段响应时间较长，并且对于动态无功电路的补偿收到限制，使得电网电压的输出功率较低，因此，还需要进行有效的改善，才能够适应当今日益扩大的矿业部门使用。
　　
　　4.2 采用有效的技术手段。
　　
　　为了过滤供电谐波，需要采用有效的技术措施进行防治，比如说能够增加换流装置的像数和脉冲数，对供电谐波进行有效地减少。还有就是增加供电系统的质量建设，使其能够承受更大的供电谐波。
　　
　　在电容器的选取上应当慎重，应当选取那些对供电谐波放大系数小的产品。并且能够对电容器进行有效的改装，改变电容器当中串联的电抗器，或者需要将电容器组当中的某些之路变为滤波器，限定电容器的投入容量。
　　
　　4.3 加强谐波治理的法制化管理。
　　
　　对于矿井当中的供电谐波治理需要增加法制手段，改变传统的先污染后治理的被动管理现实，在矿井电力系统的建设过程当中，应当查阅严格的技术规范，按照技术规范当中最小谐波含量的指标指导电力和电子设备的选取。
　　
　　5 结语。
　　
　　对矿井供电谐波的防治措施有很多种类型，只有选取好滤波设备，并且结合先进的滤波控制手段。对于供电滤波的综合治理还需要政府部门给予高度的重视，需要制定专门的法制法规，对使电子设备在出厂之后就具备高标准的滤波功能，从而在根源上达到对供电滤波的治理。相信只要通过相关部门的通力合作，一定会使得供电滤波得到有效的解决。
　　
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