1 煤礦供配電系統(tǒng)的諧波分布

1.1 側(cè)裝磁翻板液位計(jì)裝置

目前，側(cè)裝磁翻板液位計(jì)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于煤礦風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備，其側(cè)裝磁翻板液位計(jì)裝置一般分為交 - 直側(cè)裝磁翻板液位計(jì)以及交 - 交側(cè)裝磁翻板液位計(jì)，其中交 - 直側(cè)裝磁翻板液位計(jì)可以將 50 HZ工頻電源經(jīng)可控硅整流后，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，濾波后將開關(guān)元件逆變?yōu)榭蓚?cè)裝磁翻板液位計(jì)率的交流信號(hào)。而交 - 交側(cè)裝磁翻板液位計(jì)則是將固定頻率的交流電源轉(zhuǎn)換為可調(diào)頻率的交流電源，但變換后會(huì)產(chǎn)生諧波分量，對(duì)煤礦供配電系統(tǒng)造成諧波污染問題。

1.2 整流與逆變?cè)O(shè)備

充電裝置、電力機(jī)車以及開關(guān)電源等多種設(shè)備中均采用了晶閘管整流技術(shù)，可以利用移相原理由電網(wǎng)系統(tǒng)中吸收半周正弦波，分解后半周正弦波會(huì)產(chǎn)生大量的諧波分量，是電網(wǎng)系統(tǒng)的主要諧波源。同時(shí)，電路中的二極管（理想狀態(tài)下），正向阻抗為零，反向阻抗無窮大，因此，電流單方向流動(dòng)，且整流器每相電流波形為矩形波，通過展開傅氏級(jí)數(shù)可知，除了工頻正弦波外，高次波形諧波也不斷疊加。電動(dòng)機(jī)調(diào)速主要通過側(cè)裝磁翻板液位計(jì)完成，除了可以靈活調(diào)速外，還可以將節(jié)省大量的電能。但側(cè)裝磁翻板液位計(jì)調(diào)速期間會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，導(dǎo)致諧波污染問題，嚴(yán)重影響了音響系統(tǒng)以及電視等設(shè)備的正常運(yùn)行，還會(huì)危及壓力表、流量表以及可編程控制器的運(yùn)行情況，導(dǎo)致電容器、電抗器、變壓器產(chǎn)生過大熱量，導(dǎo)致過熱問題。除此之外，逆變器、整流器等設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生諧波電壓與諧波電流，整流器主要將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，而逆變器可以將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，但轉(zhuǎn)換期間會(huì)產(chǎn)生高次諧波問題，一是通過電容耦合 ；二是通過告高次諧波電流產(chǎn)生電磁感應(yīng) ；三是由電源或接地回路中竄入。

1.3 換流設(shè)備

換流設(shè)備在高壓直流輸電系統(tǒng)中占據(jù)十分重要的位置，可以為交流電與直流電提高相位差為12 脈波與 30 度的交流電壓，減小交流側(cè)諧波電流。同時(shí)，且還可以為交流電與直流電提供空氣隔離，并利用換流變壓器調(diào)節(jié)交流電壓，促使直流系統(tǒng)可以保持zui佳的運(yùn)行狀態(tài)。非線性元件屬于高壓直流輸電的關(guān)鍵設(shè)備，可以產(chǎn)生大量的諧波，以保護(hù)換流變壓器，根據(jù)諧波原理保護(hù)設(shè)備運(yùn)行。

2 諧波的危害

在電氣環(huán)境中，諧波具備較大的危害，可以導(dǎo)致電氣設(shè)備過熱問題，加快絕緣老化速度，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致無法充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的作用。具體而言，諧波對(duì)煤礦設(shè)備的危害主要存在幾個(gè)方面。

2.1 變壓器

經(jīng)過變壓器的諧波會(huì)增大銅損，并增加能耗，且諧波還會(huì)導(dǎo)致額外損耗與頻率比例上升，以致降低了變壓器的基波負(fù)載容量，減小了運(yùn)行效率。同時(shí)，諧波還會(huì)增大噪音，縮短變壓器的正常使用時(shí)間。

2.2 電動(dòng)機(jī)

諧波會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)生銅損與鐵損問題，在產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，降低電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，以致其因振動(dòng)減少運(yùn)行壽命。

2.3 補(bǔ)償電容器

諧波會(huì)導(dǎo)致配電系統(tǒng)與電容器發(fā)生諧振問題，且電容器還會(huì)進(jìn)一步放大諧波，加劇了其對(duì)供配電系統(tǒng)的不利影響。

2.4 電力電纜

諧波會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體出現(xiàn)額外升溫問題，使其發(fā)生鄰近效應(yīng)，且隨著頻率的增大，線路電阻也隨之增加，增大了電纜能耗，在減小額定載流量的基礎(chǔ)上，破壞了導(dǎo)體的絕緣層，甚至還會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)等安全隱患問題。

2.5 通信與信息線路

通信信息線路與供配電線路距離較近時(shí)，兩者會(huì)因電磁感應(yīng)出現(xiàn)磁場(chǎng)耦合問題，此時(shí)諧波會(huì)干擾通信信號(hào)，影響了聲像的清晰度，也降低了信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，甚至還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞問題，嚴(yán)重威脅了工作人員的人身安全。

2.6 微機(jī)保護(hù)與控制設(shè)備

供配電系統(tǒng)中的諧波會(huì)導(dǎo)致各種微機(jī)保護(hù)與控制設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)問題，尤其在綜合自動(dòng)化裝置中更為明顯，很容易會(huì)擴(kuò)大故障帶來的負(fù)面影響，甚至還會(huì)瓦解區(qū)域系統(tǒng)。除此之外，諧波還會(huì)導(dǎo)致電能計(jì)量與儀表數(shù)值出現(xiàn)較大誤差問題。若使用期間沒有有效治理諧波問題，直接連接上級(jí)電網(wǎng)，則會(huì)為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染問題。

3 煤礦供配電系統(tǒng)中諧波的治理對(duì)策

諧波嚴(yán)重威脅著煤礦開采工作的順利進(jìn)行，甚至為人們的正常生活帶來了安全隱患。對(duì)此，相關(guān)部門必須采用綜合措施有效治理諧波問題，以消除其危害。

3.1 選擇電力電纜

煤礦供配電系統(tǒng)在選擇電力電纜時(shí)應(yīng)充分考慮諧波的危害程度，并確定電纜的截流量，一般情況下，為了獲得良好的治理效果，可以選擇放大一級(jí)的電纜截面。

3.2 選擇變壓器

為了有效阻止不平衡電流與高次諧波流入電源配電系統(tǒng)中，應(yīng)合理確定變壓器的接線方式。變壓器的星 / 星接線方式會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)的電壓脈動(dòng)問題，為了避免電壓發(fā)生畸變問題，應(yīng)將原邊設(shè)置為四線制，但此時(shí)電源系統(tǒng)很容易出現(xiàn)畸變問題。為了克服此問題，應(yīng)增加第三個(gè)三角形接法的繞組，為高次諧波與不平衡電流提供通路，以防其進(jìn)入電源系統(tǒng)。對(duì)此，煤礦供配電系統(tǒng)各級(jí)變壓器應(yīng)采用三角形 / 星形變壓器。諧波很容易出現(xiàn)畸變，因此在確定電力變壓器的額定容量時(shí)應(yīng)留有裕量，確保變壓器的負(fù)荷率保持在 70%-80%，以防因諧波導(dǎo)致變壓器的發(fā)熱問題。

3.3 配置靜止無功補(bǔ)償裝置

大功率提升機(jī)、帶式輸送機(jī)以及通風(fēng)機(jī)等在運(yùn)行期間除了可以產(chǎn)生高次諧波污染問題，且還會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)與閃變，甚至導(dǎo)致供配電系統(tǒng)電壓的三相不平衡問題。為了克服此問題，應(yīng)將靜止無功補(bǔ)償裝置安裝于諧波源處，在補(bǔ)償功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，抑制電壓波動(dòng)、三相不平衡以及電壓閃問題減小波動(dòng)的諧波量。

3.4 安裝諧波補(bǔ)償裝置

諧波補(bǔ)償裝置主要采用了 LC 調(diào)諧波濾器，可以在諧波源吸收諧波，在補(bǔ)償諧波的基礎(chǔ)上，補(bǔ)償了無功功率。但受煤礦供配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及阻抗等因素的干擾，其極易發(fā)生并聯(lián)諧振問題，甚至?xí)龤?LC 濾波器。同時(shí)，這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只可以補(bǔ)償固定頻率的諧波，沒有達(dá)到預(yù)期效果。隨著電力電器器件的不斷發(fā)展，有源濾波器得到了廣泛采用，其可以與原諧波電流產(chǎn)生大小相等、方向相反的諧波電流，保證電網(wǎng)電流中僅包括基波分量。有源濾波器具備快速響應(yīng)以及高度可控等優(yōu)勢(shì)，性價(jià)更低，且不受供配電系統(tǒng)阻抗等因素的影響，濾波特性更好，有效避免了濾波器與供配電系統(tǒng)的諧波共振問題，保證諧波的自動(dòng)化補(bǔ)償。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，煤礦企業(yè)占據(jù)十分重要的作用，供配電系統(tǒng)的諧波防治也成為相關(guān)部門廣泛關(guān)注的問題。為了確保煤礦供配電系統(tǒng)可以保持正常的運(yùn)行模式，相關(guān)工作人員應(yīng)深入分析諧波產(chǎn)生的原因及危害，針對(duì)性的采取更多的解決措施，以更好的促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)我國(guó)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。