煤矿供电网络中谐波的危害及抑制措施研究

摘要：随着煤矿生产机械化和自动化程度的不断提高，各种电力电子装置在煤矿供电网络中的广泛应用，如变频器、整流器等，带来了大量的谐波污染。谐波的存在不仅影响供电质量，还可能对煤矿的安全生产构成威胁。因此，研究煤矿供电网络中谐波的危害及抑制措施具有重要意义。鉴于此，本文主要分析探讨了煤矿供电网络中谐波的危害及抑制措施，以供参阅。

关键词：煤矿；供电网络；谐波

引言

在现代煤矿生产中，诸如变频调速设备、电力电子整流装置等非线性设备被广泛应用于采掘、运输、通风等各个环节。这些非线性设备在运行过程中会向煤矿供电网络注入大量谐波电流，导致供电网络中的电压和电流波形发生畸变。谐波的存在不仅会降低电能质量，影响煤矿生产设备的正常运行，还可能引发电气事故，威胁煤矿的安全生产。因此，深入研究煤矿供电网络中谐波的危害及抑制措施具有极为重要的现实意义。

1谐波的基本概念及产生机理

1.1谐波的定义

谐波是指一个周期电气量中频率大于基波频率整数倍的电气量。在煤矿供电网络中，基波频率为50Hz，而谐波则是频率为100Hz、150Hz、200Hz等的电气量。

1.2谐波的产生机理

谐波的产生主要源于电力电子装置的非线性特性。当正弦电压施加在这些装置上时，电流会变为非正弦波，从而在电网阻抗上产生压降，使电压波形也变为非正弦波。这些非正弦波中包含了各种频率的谐波成分。

2谐波在煤矿供电网络中的危害

2.1对供电线路的影响

谐波会导致供电线路产生附加谐波损耗，使线路阻抗随频率增加而提高，浪费电能。同时，谐波还会使导线过热、绝缘老化、寿命缩短，甚至引发火灾。

2.2对电气设备的影响

谐波会影响各种电气设备的正常运行，如电动机、变压器等。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，降低电动机效率，缩短使用寿命。对于变压器，谐波电流会导致铜损和杂散损耗增加，谐波电压则会使铁损增加，降低变压器效率，缩短使用寿命。

2.3对通讯和信息系统的影响

煤矿供电网络中的谐波，会对周边通讯与信息系统形成干扰。其使信号传输质量下降，致使声像清晰度受损，信息传输精准度降低。在极端情形下，谐波可能致使设备硬件受损，甚至对人员安全构成威胁。例如，谐波引发的电磁干扰可致通信线路噪声增大、数据误码率攀升，严重时使通信中断，影响煤矿井下与井上的联络及监控信息传递，危及整体作业安全与调度效率。

2.4对电力测量的影响

电力测量易受谐波干扰，准确性难以保证。由于电力测量仪表基于50Hz正弦波设计，当供电电压或负荷电流含谐波时，便会引发测量偏差。如谐波会使电压、电流波形畸变，导致电能表计量失准，功率因数表读数有误，进而影响煤矿企业对电力消耗的统计与成本核算，不利于合理规划电力资源及电费结算，可能造成经济损失与能源管理混乱。

2.5对保护及自动装置的影响

谐波会给供电网络的保护及自动装置带来严重影响，使其出现误动或拒动状况，对微机保护和综合自动化装置造成破坏，威胁电力系统稳定运行。例如，在煤矿井下供电系统中，谐波可能使继电保护装置误判故障，错误跳闸或在故障时不动作，导致局部停电或设备损坏扩大化，影响煤矿生产的连续性与安全性，增加设备维修成本与生产延误风险，破坏整个电力供应的可靠性与安全性体系。

3谐波的抑制措施

3.1合理选择电力电缆

煤矿供电网络选电力电缆截面时，需重视谐波致热危害。针对谐波主要扰动源设备配线，确定载流量要预留充足余量，极端情况下可放大一级截面。因谐波使电缆电流畸变，产热增加，预留余量可防电缆过热引发故障，保障供电安全与稳定，减少因电缆过热导致的停电事故，确保煤矿生产连续性，延长电缆使用寿命，降低维护成本。

3.2合理选择变压器

合理选定变压器接线方式对抑制谐波极为关键。恰当的接线能阻拦不平衡电流与3N次谐波电流流入电源配电系统，削弱对电网的不良影响。不同接线方式对谐波抑制效果各异，科学选择可优化电网电能质量，减少谐波引发的电压畸变、设备过热等问题，增强供电可靠性，为煤矿井下各类设备稳定运行提供优质电力保障，提升煤矿生产系统整体安全性与效率。

3.3对主要谐波源进行改造

改造主要谐波源且功率因数低的整流电路可优化谐波状况。多重化改造整流电路，即增加换流装置脉动数。如此，谐波次数升高，因谐波电流与次数成正比，较低次数且幅值大的谐波得以削减。这能降低谐波对电网的污染，提升功率因数，减少对其他电气设备的干扰，保障煤矿供电网络中设备精准运行，提高设备运行效率，降低设备维护与更新成本，促进煤矿生产高效有序开展。

3.4加装电抗器

在含变频器设备中，于其输入侧加装适宜电抗器可有效削弱谐波电流。变频器运行产生大量谐波，电抗器能增大电路阻抗，限制谐波电流幅值，改善电流波形。降低谐波电流可减少对电网的冲击，防止电压波动与闪变，保障设备稳定运行，降低设备故障率，尤其对煤矿中依赖稳定电力的通风、排水等关键系统意义重大，可提升煤矿生产安全性与连续性。

3.5加装静止无功补偿装置

针对如矿井提升机等快速变化谐波源，在其处并联静止无功补偿装置作用显著。该装置可削减波动的谐波量，抑制电压波动、闪变与三相不平衡，还能补偿功率因数。矿井提升机等设备工况多变，谐波问题突出，此装置能实时调节无功功率，稳定电网电压，保障设备正常运转，避免因谐波引发的安全事故，提高煤矿供电系统电能质量与可靠性，助力煤矿高效安全生产。

结束语

综上所述，煤矿供电网络中谐波的存在对电力系统及设备造成了诸多危害，必须采取有效的抑制措施。通过合理选择电力电缆和变压器、对主要谐波源进行改造、加装电抗器和静止无功补偿装置等措施，可以显著降低谐波对煤矿供电网络的影响，保障煤矿的安全生产。未来，随着电力电子技术的不断发展，谐波抑制技术也将不断进步，为煤矿供电网络的谐波治理提供更为有效的解决方案。

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