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[摘 要]供配电系统中谐波的危害已经广为人知，本文就煤矿供配电系统中谐波的成因与危害做了简要探讨，并提出了一些针对性的抑制措施。
[关键词]煤矿 供电系统 谐波 危害 抑制
Coal supply system harmonic harm and suppression
Abstract：The power supply system harmonic harm already known，this article on coal supply and distribution system and harm the causes harmonics are briefly discussed，and some targeted suppression measures.
Keywords：Coal；supply system；harmonics；hazards；suppression
中图分类号：TD235.21+1 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）25―0344―01
前言：煤矿的供电质量包括供电系统的电压、频率的合格率、峰值、超限电压持续时间、停电时间、以及电网谐波含量等诸多方面，其中谐波问题一直是主要的供电质量问题。
一、谐波的概念
从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。
二、谐波产生的原因
由于电力线路呈现一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络，由于非线性负载产生的非正弦电流，造成电路中电流和电压畸变，也就是由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要的非线性负载有UPS电源、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
煤矿供配电系统中的主要谐波源是含半导体的非线性元件，如为矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等设备节能和控制用的电力电子设备，诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等。
三、煤矿供电网络谐波的危害
煤矿供电网络谐波的危害主要是造成电网的功率损耗增加，设备寿命缩短，接地保护功能失灵，遥控功能失常，线路和设备过热等，还会引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电力互感器，变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，使造成供电网络设施损坏、元器件老化，造成电子保护装置误动作，增大附加磁场的干扰等。
当谐波电流流经变压器时会导致铜损和杂散损耗增加；还可导致变压器的基波负载容量下降，效率降低以及变压器铁芯振动，噪声增加寿命缩短；
谐波电流和电压会造成电动机铁损和铜损的增加引起额外温升，导致电动机效率降低，同时还产生附加转矩增加噪声，造成电动机振动而降低使用寿命；
谐波会造成电容器过电流，使电容器与供配电系统产生并联谐振或串联谐振，这将造成电容器迅速发生故障。
同时，电容器会放大谐波，增大谐波对矿井供配电系统的影响；此外，谐波会对通讯和信息系统产生干扰，降低信号的传输质量，不仅影响声、像的清晰度和信息传输的准确性，严重时还会造成设备损坏，危及人身安全；
另外，矿井供配电系统中的谐波电压和电流会导致供配电系统中各类保护及自动装置产生误动或拒动，破坏微机保护、综合自动化装置，还会使仪表和电能计量出现较大误差，谐波如果不经过治理直接进入上级电网，将会给电网带来严重的谐波污染。
四、煤矿供配电系统谐波抑制措施
鉴于谐波存在多方面的危害，对矿井安全生产和生活存在很大隐患，根据国家对谐波污染的治理要求，采取必要而有效措施，避免或缓减谐波产生的危害尤为重要。
1、电力电缆的选择。在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中，应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于谐波主要扰动源设备的连接配线，在确定电缆载流量时应留有足够余量，必要时可适当放大一级选择电缆截面。
2、合理选择变压器。正确合理地选择变压器的接线方式，能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。
矿用三相变压器均采用Y/△或△/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。在根据负载确定电力变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有余量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70%～80%，该余量可防范谐波引起的变压器发热危害。
3、无功补偿电容器的配置。在有谐波背景的矿井供配电系统中，不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振，必须采用调谐式电容器组。调谐式电容器组即在补偿电容器中加串调谐电抗器。电抗器的主要作用是避开谐波电流可能出现的频率。这种电抗器被称为调谐电抗器，带有这种电抗器的电容器组则被称为调谐电容器组。使用调谐电容器组的目的不是为了显著地降低谐波畸变，而是为了确保电容器组不会因为诸如系统阻抗、投入段数、系统配置、负荷状况等原因而发生谐振。
4、谐波补偿装置进行补偿。对矿井中的主要谐波源，如：大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备，在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染。为了拟制变频器在运行中产生的谐波，需增加谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器，它既可补偿谐波，又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧坏。另外，它只能补偿固定频率的谐波，效果不甚理想，但该装置结构简单，目前仍被广泛应用。电力电子器件普及后，运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法，有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。
五、结束语
谐波广泛存在于煤矿供配电系统各个环节，谐波电流会在公用电网引起电压畸变，也会对煤矿内部电网其它电气设备产生不利影响，甚至造成危害。谐波的治理，不仅能降低煤矿电能损耗，而且能延长矿用设备的使用寿命，改善用电环境，提高供电质量。
参考文献
[1] 姜齐荣；赵东元；陈建业 有源电力滤波器 2005
[2] 郎维川，供电系统中谐波的产生、危害及其防护对策《高电压技术》，2006.2
[3] 赵旺初 电力网的谐波源及降低谐波的措施 1999（09）
[4] 吴竞昌，《供电系统谐波》[M]，中国电力出版社，1998.5
[5] 姚世全 电磁兼容标准实施指南 1999
[关键词]煤矿 供电系统 谐波 危害 抑制
Coal supply system harmonic harm and suppression
Abstract：The power supply system harmonic harm already known，this article on coal supply and distribution system and harm the causes harmonics are briefly discussed，and some targeted suppression measures.
Keywords：Coal；supply system；harmonics；hazards；suppression
中图分类号：TD235.21+1 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）25―0344―01
前言：煤矿的供电质量包括供电系统的电压、频率的合格率、峰值、超限电压持续时间、停电时间、以及电网谐波含量等诸多方面，其中谐波问题一直是主要的供电质量问题。
一、谐波的概念
从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。
二、谐波产生的原因
由于电力线路呈现一定阻抗，等效为电阻、电感和电容构成的无源网络，由于非线性负载产生的非正弦电流，造成电路中电流和电压畸变，也就是由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要的非线性负载有UPS电源、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
煤矿供配电系统中的主要谐波源是含半导体的非线性元件，如为矿井提升机、通风机、主排水泵、带式输送机、架线式电机车等设备节能和控制用的电力电子设备，诸如各种变频器、交直流换流设备、变流器、整流设备等。
三、煤矿供电网络谐波的危害
煤矿供电网络谐波的危害主要是造成电网的功率损耗增加，设备寿命缩短，接地保护功能失灵，遥控功能失常，线路和设备过热等，还会引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电力互感器，变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，使造成供电网络设施损坏、元器件老化，造成电子保护装置误动作，增大附加磁场的干扰等。
当谐波电流流经变压器时会导致铜损和杂散损耗增加；还可导致变压器的基波负载容量下降，效率降低以及变压器铁芯振动，噪声增加寿命缩短；
谐波电流和电压会造成电动机铁损和铜损的增加引起额外温升，导致电动机效率降低，同时还产生附加转矩增加噪声，造成电动机振动而降低使用寿命；
谐波会造成电容器过电流，使电容器与供配电系统产生并联谐振或串联谐振，这将造成电容器迅速发生故障。
同时，电容器会放大谐波，增大谐波对矿井供配电系统的影响；此外，谐波会对通讯和信息系统产生干扰，降低信号的传输质量，不仅影响声、像的清晰度和信息传输的准确性，严重时还会造成设备损坏，危及人身安全；
另外，矿井供配电系统中的谐波电压和电流会导致供配电系统中各类保护及自动装置产生误动或拒动，破坏微机保护、综合自动化装置，还会使仪表和电能计量出现较大误差，谐波如果不经过治理直接进入上级电网，将会给电网带来严重的谐波污染。
四、煤矿供配电系统谐波抑制措施
鉴于谐波存在多方面的危害，对矿井安全生产和生活存在很大隐患，根据国家对谐波污染的治理要求，采取必要而有效措施，避免或缓减谐波产生的危害尤为重要。
1、电力电缆的选择。在矿井供配电系统电力电缆截面的选择中，应考虑谐波引起电缆发热的危害。对于谐波主要扰动源设备的连接配线，在确定电缆载流量时应留有足够余量，必要时可适当放大一级选择电缆截面。
2、合理选择变压器。正确合理地选择变压器的接线方式，能阻止不平衡电流和3N次谐波电流从原边传到电源配电系统中。
矿用三相变压器均采用Y/△或△/Y的接线形式，这样可以消除3的整数倍次的电力谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。在根据负载确定电力变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有余量。在矿井设计中一般应保证变压器负荷率在70%～80%，该余量可防范谐波引起的变压器发热危害。
3、无功补偿电容器的配置。在有谐波背景的矿井供配电系统中，不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。为避免电容器组与系统产生串联谐振或并联谐振，必须采用调谐式电容器组。调谐式电容器组即在补偿电容器中加串调谐电抗器。电抗器的主要作用是避开谐波电流可能出现的频率。这种电抗器被称为调谐电抗器，带有这种电抗器的电容器组则被称为调谐电容器组。使用调谐电容器组的目的不是为了显著地降低谐波畸变，而是为了确保电容器组不会因为诸如系统阻抗、投入段数、系统配置、负荷状况等原因而发生谐振。
4、谐波补偿装置进行补偿。对矿井中的主要谐波源，如：大功率提升机、通风机、带式输送机的变频设备，在运行过程中会引起较严重的高次谐波污染。为了拟制变频器在运行中产生的谐波，需增加谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用LC调谐滤波器，它既可补偿谐波，又可补偿无功功率。但其补偿特性受矿井供配电系统阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧坏。另外，它只能补偿固定频率的谐波，效果不甚理想，但该装置结构简单，目前仍被广泛应用。电力电子器件普及后，运用有源电力滤波器进行谐波补偿将成为主要方法，有源滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。
五、结束语
谐波广泛存在于煤矿供配电系统各个环节，谐波电流会在公用电网引起电压畸变，也会对煤矿内部电网其它电气设备产生不利影响，甚至造成危害。谐波的治理，不仅能降低煤矿电能损耗，而且能延长矿用设备的使用寿命，改善用电环境，提高供电质量。
参考文献
[1] 姜齐荣；赵东元；陈建业 有源电力滤波器 2005
[2] 郎维川，供电系统中谐波的产生、危害及其防护对策《高电压技术》，2006.2
[3] 赵旺初 电力网的谐波源及降低谐波的措施 1999（09）
[4] 吴竞昌，《供电系统谐波》[M]，中国电力出版社，1998.5
[5] 姚世全 电磁兼容标准实施指南 1999