煤礦電網(wǎng)諧波電流的危害與治理

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1、第24卷第4期電力學報Vo1．24No．42009年8月JOURNALOFELECTRICPOWERAug．2009文章編號：1005—6548(2009)04—0292—03煤礦電網(wǎng)諧波電流的危害與治理王中東(大同煤礦集團公司，山西大同037003)摘要：隨著電力電子裝置在煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)的普及，變流裝置產(chǎn)生的諧波污染也日趨加劇。為治理諧波危害，在分析了諧波對煤礦電網(wǎng)、電力設備、靜電補償電容器、電動機、電力電纜、電力變壓器等方面產(chǎn)生機理和危害，提出了并剖析了利用無源和有源濾波消除諧波的工作原理，是進一步進行現(xiàn)場諧波治理的理論基礎(chǔ)工作。關(guān)

2、鍵詞：諧波；損耗；軸承電流；濾波；頻帶中圖分類號：TM76文獻標識碼：A現(xiàn)代煤礦普遍采用礦井直流提升機、交流變頻調(diào)速提升機、交流電牽引采煤機、輸送機變頻軟啟動控制裝置L1等大功率電力電子變流裝置，由此而產(chǎn)生的諧波污染也日趨嚴重_1]，諧波對煤礦電力系統(tǒng)中電力設備的安全運行帶來了一定的危害。1諧波對電力設備的危害圖1并聯(lián)諧振1．1對煤礦電網(wǎng)的危害(2)串聯(lián)諧振礦山電網(wǎng)為了提高功率因數(shù)，通常在lOkV或煤礦供電系統(tǒng)可簡化為圖2所示的系統(tǒng)。當諧6kV母線上接有靜電補償電容器，配電線路具有一波頻率較高時，補償電容器與電網(wǎng)分部電容的等效定的分布電

3、容，在某種頻率下可能產(chǎn)生系統(tǒng)的局部阻抗降低，發(fā)生串聯(lián)諧振的條件為：并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振[2]，使之產(chǎn)生過電壓或過電流。廠—————(1)并聯(lián)諧振廠一一．(2)大部分諧振源可以看成為電流源，并聯(lián)諧振對式中：^為并聯(lián)諧振頻率，為工頻電源頻率，Srw諧振源形成高阻抗回路，諧振時諧振電壓高，使得并為主變壓器額定容量，ZT為主變壓器短路阻抗壓降聯(lián)分支電路中諧波電流增大。百分數(shù)，S為補償電容器額定容量與分部電容的等煤礦110kV或35kV變電站的10kV或6kV效容量，S。為負載的額定容量。發(fā)生串聯(lián)諧振時，諧電源母線上接有靜電補償電容器、供電變壓器、

4、電動波電壓并不高，但是，電容器回路流過的電流較大，機、功率較大的變流裝置等假設電源為純電感，則諧導致補償電容器因過載而損壞。波諧振的頻率為：fh一廠1~／S／S．(1)式中：為工頻電源頻率，S諧波源母線的短路容量，S為補償電容器額定容量與分部電容的容量總和。圖2串聯(lián)諧振圖1為接有諧波源母線上可能發(fā)生的并聯(lián)諧1．2對靜電補償電容器的危害振，圖中C為線路的分部電容，L為線路電感，T電容器的容抗與頻率成正比例，過大的諧波電為主變壓器。收稿日期：2009—01—2l作者簡介：王中東(1968一)，男，山西原平人，助理工程師，主要從事煤礦電氣材料

5、、配件采購管理及科技管理工作第4期王中東：煤礦電網(wǎng)諧波電流的危害與治理293流會使電容器過載，溫度升高。成，運行中它與諧波源并聯(lián)。諧波源使系統(tǒng)電壓畸變，補償電容器產(chǎn)生附加(1)單調(diào)諧波濾波電路損耗為：△一>一：c(tan3)∞hU}．(3)h。。=2Zh—R+(L—1)一R+(‰L一瓦)．(4)式中：C補償電容器容量，∞一2，諧波角頻率，廠為工頻頻率，^為諧波次數(shù)，為第^次諧波電壓的有效值，tan~=C為介質(zhì)損耗因數(shù)。如果諧波電壓波峰與工頻波峰重合，可能造成絕緣擊穿，局部放電，電容器損壞。1．3對電動機的危害諧波電壓諧波電流在交流電動機

6、定子繞組和轉(zhuǎn)子回路及定子與轉(zhuǎn)子的鐵芯中產(chǎn)生附加損耗，其原因是諧波頻率高，集膚效應明顯，磁滯及渦流損耗增加。諧波電流產(chǎn)生的漏磁將產(chǎn)生附加損耗?！冾l器控制的交流電動機，諧波電壓諧波電流產(chǎn)生軸承電流，特別是電動機功率大于100kw的拖動系統(tǒng)，燒壞電動機軸承的現(xiàn)象時有發(fā)生。竄竄三口R交流電動機定子繞組中的諧波電流，將產(chǎn)生諧波旋轉(zhuǎn)磁場，進而產(chǎn)生高頻電磁轉(zhuǎn)矩，正序諧波產(chǎn)生圖3高通濾波電路的電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩。而負序諧波電流則產(chǎn)生制圖3一a為二階高通濾波電路，濾波效果好，但對動轉(zhuǎn)矩，諧波電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動，使電動機聲響異工頻波具有一定損耗；圖3

7、一b為三階高通濾波器，常，外殼振動。C、C提高了濾波電路對工頻的阻抗，降低了工頻1．4對電力電纜的危害損耗；圖3一C是C型濾波電路，其特點是C。與L對工電纜的分布電容對諧波電流具有放大效應，當頻串聯(lián)調(diào)諧，所以R中工頻損耗很小，但是，它對工電網(wǎng)負荷處于低谷時，諧波電壓可能使電壓的波峰頻偏差及元件參數(shù)變化比較敏感。升高，使電纜介質(zhì)損耗增加，造成電纜絕緣體局部放(3)雙調(diào)諧濾波電路電事故。圖4為雙調(diào)諧濾波電路，正常工作時串聯(lián)電路1．5對電力變壓器的影響的工頻阻抗遠大于并聯(lián)部分的工頻阻抗，并聯(lián)部分諧波電流使變壓器銅損增加，諧波電壓使變壓承受的工

8、頻電壓比串聯(lián)部分低的多。器磁滯和渦流損耗增加，使絕緣材料的應力降低，溫度升高，絕緣加速老化，壽命降低。另外，諧波對測量儀器儀表、繼電保護裝置均有一定的影響，導致測量不準確，繼電保護裝置誤動或拒動。2諧波的治