[摘要]我國煤炭資源開采大多是在井下進(jìn)行，其特殊的開采空間、煤層結(jié)構(gòu)使得煤礦井下環(huán)境十分惡劣。采掘面周圍含有大量的瓦斯、煤塵等易燃、易爆物質(zhì)，如果用電不當(dāng)，很容易由于用電設(shè)備出現(xiàn)漏電等發(fā)生電火花引起井下發(fā)生瓦斯煤塵爆炸等嚴(yán)重事故。本文將結(jié)合我的工作經(jīng)驗(yàn)，就工程中常用的提高煤礦供配電系統(tǒng)諧波的原因與危害及具體對策和措施進(jìn)行歸納總結(jié)，以便為其它相關(guān)工程提供一定的理論依據(jù)。
1、煤礦對供電系統(tǒng)的主要要求
電力是煤礦的主要能源，是礦山一切生產(chǎn)生活活動(dòng)的中心樞紐，為確保安全和生產(chǎn)，煤礦對供電有四個(gè)基本要求：
1．1 供電安全
供電安全包括人身安全、礦井安全、設(shè)備安全三個(gè)方面。煤礦主要是地下作業(yè)，井下巷道空間狹窄，頂板及外界因素可能受力于供電設(shè)備及電纜，環(huán)境潮濕易使絕緣降低。因此，煤礦供電必須保證安全，嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。
1．2供電可靠
供電可靠是指不間斷供電。根據(jù)負(fù)荷重要程度不同，煤礦電力負(fù)荷分為三類，各類負(fù)荷對供電可靠的要求不同，采取的供電方式不同。礦井作為井上下作業(yè)，地面供電由于技術(shù)規(guī)范的原因，一些供電線路安裝敷設(shè)安全系數(shù)低。使用裸露線增加了線路損壞的概率。
1．2．1一類負(fù)荷
凡因突然停電會(huì)導(dǎo)致人身傷亡事故或重要設(shè)備損壞或給生產(chǎn)造成重大損失的負(fù)荷。如主通風(fēng)機(jī)、提升人員的立井提升機(jī)、井下主排水泵、高瓦斯礦井的區(qū)域扇風(fēng)機(jī)以及上述設(shè)備的輔助設(shè)備等。對一類負(fù)荷供電必須有可靠的備用電源，一般是由變電所直接引出的雙回路供電。
1．2．2二類負(fù)荷
因突然停電可能造成較大經(jīng)濟(jì)損失的負(fù)荷。生產(chǎn)設(shè)備大多是二類負(fù)荷，如非提升人員的主提升機(jī)、壓風(fēng)機(jī)以及沒有一類負(fù)荷的井下變電所等。對大型礦井的二類負(fù)荷，一般采用具有備用電源的供電方式，即由變電所直接引出的雙回路供電。
1．2．3三類負(fù)荷
不屬于一、二類的所有負(fù)荷都屬于三類負(fù)荷。如生產(chǎn)輔助設(shè)備、家屬區(qū)、辦公樓、機(jī)修廠等。對三類負(fù)荷供電可靠陛沒有特殊要求，可采用一條線路向多個(gè)負(fù)荷供電，以減少設(shè)備投資
1．3供電質(zhì)量
供電質(zhì)量是指供電電壓、頻率保證為額定值。我國煤礦一般要求電壓偏差不超過額定電壓的±5％，而頻率偏差不超過士0.2.0.5HZ。頻率的質(zhì)量是由發(fā)電廠保證的；電壓的質(zhì)量是靠降低電源內(nèi)阻抗和輸電線路上的電壓損失而保證的。
1．4供電經(jīng)濟(jì)
供電經(jīng)濟(jì)是指礦井供電系統(tǒng)的投資、電能損耗及維護(hù)費(fèi)用少。這就要求合理的確定供電系統(tǒng)，優(yōu)選質(zhì)量高、損耗小、價(jià)格低的系統(tǒng)設(shè)備，但是必須在滿足上述三個(gè)要求的前提下，盡量保證供電的經(jīng)濟(jì)性。
2、煤礦供配電系統(tǒng)中諧波的原因
煤礦供配電系統(tǒng)中的主要諧波源是含半導(dǎo)體的非線性元件，如為礦井提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、主排水泵、帶式輸送機(jī)、架線式電機(jī)車等設(shè)備節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備。諸如各種變頻器、交直流換流設(shè)備、變流器、整流設(shè)備等。煤礦供電網(wǎng)絡(luò)諧波的危害主要是造成電網(wǎng)的功率損耗增加，設(shè)備壽命縮短，接地保護(hù)功能失靈，遙控功能失常，線路和設(shè)備過熱等，還會(huì)引起變電站局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振造成電力互感器。變電站系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，使造成供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施損壞、元器件老化，造成電子保護(hù)裝置誤動(dòng)作，增大附加磁場的干擾等。
3、煤礦供配電系統(tǒng)中諧波的危謇
3．1影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行，供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管繼電器予以檢測保護(hù)，使得在故障情況下保證線路與設(shè)備的安全。但由于電磁式繼電器與感應(yīng)式繼電器對1O％以下含量高達(dá)40％時(shí)又導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)作，因而在諧波影響下不能全面有效地起到保護(hù)作用。
3．2影響電網(wǎng)的質(zhì)量，電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。如三相配電線路中，相線上的3的整數(shù)倍諧波在中性線上會(huì)疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流另外，相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。
3．3當(dāng)諧波電流流經(jīng)變壓器時(shí)會(huì)導(dǎo)致銅損和雜散損耗增加，諧波電壓則會(huì)使鐵損增加。還可導(dǎo)致變壓器的基波負(fù)載容量下降，效率降低以及變壓器鐵芯振動(dòng)，噪聲增加壽命縮短；諧波電流和電壓會(huì)造成電動(dòng)機(jī)鐵損和銅損的增加引起額外溫升，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低，諧波會(huì)造成電容器過電流，使電容器與供配電系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，這將造成電容器迅速發(fā)生故障。同時(shí)。電容器會(huì)放大諧波，增大諧波對礦井供配電系統(tǒng)的影響。此外，諧波會(huì)對通訊和信息系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，降低信號的傳輸質(zhì)量。另外，礦井供配電系統(tǒng)中的諧波電壓和電流，會(huì)導(dǎo)致供配電系統(tǒng)中各類保護(hù)及自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。諧波如果不經(jīng)過治理直接進(jìn)入上級電網(wǎng)，將會(huì)給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的諧波污染。
4、煤礦供配電系統(tǒng)諧波治理
鑒于諧波存在多方面的危害，對礦井安全生產(chǎn)和生活存在很大隱患。在礦井供配電系統(tǒng)中，應(yīng)積極采取消除或抑制諧波危害的防范措施。
4．1電力電纜的選擇
在礦井供配電系統(tǒng)電力電纜截面的選擇中，應(yīng)考慮諧波引起電纜發(fā)熱的危害。對于連接諧波主要擾動(dòng)源設(shè)備的配線。確定電纜載流量時(shí)應(yīng)留有足夠裕量，必要時(shí)可適當(dāng)放大一級選擇電纜截面。
4．2合理選擇變壓器
正確合理地選擇變壓器的接線方式，能阻止不平衡電流和3N次諧波電流從原邊傳到電源配電系統(tǒng)中。在三角形／星形變壓器里。不平衡電流和3N次諧波電流在原邊繞組內(nèi)循環(huán)流動(dòng)而不會(huì)傳人電源配電系統(tǒng)中。礦井供配電系統(tǒng)中各級變壓器應(yīng)多采用三角形，星形變壓器。在根據(jù)負(fù)載確定電力變壓器額定容量時(shí)，應(yīng)考慮諧波畸變而留有裕量。在礦井設(shè)計(jì)中一般應(yīng)保證變壓器負(fù)荷率在70％一80％，該裕量可防范諧波引起的變壓器發(fā)熱危害。
4．3諧波補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償
對礦井中的主要諧波源，如：大功率提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)的變頻設(shè)備，在運(yùn)行過程中會(huì)引起較嚴(yán)重的高次諧波污染。為了擬制變頻器在運(yùn)行中產(chǎn)生的諧波，需增加諧波補(bǔ)償裝置，使輸入電流成為正弦波。傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置是采用LC調(diào)諧濾波器，它既可補(bǔ)償諧波。又可補(bǔ)償無功功率。但其補(bǔ)償特性受礦井供配電系統(tǒng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響。電力電子器件普及后。運(yùn)用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償將成為主要方法，有源濾波器的工作原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，然后產(chǎn)生—個(gè)與該諧波電流大小相等、極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。
4．4構(gòu)筑完善井下低壓供電系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)
在低壓供電系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和技術(shù)改造時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合分級閉鎖和選擇性斷電控制技術(shù)，保證井下各機(jī)電設(shè)備高效穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為礦井低壓供電系統(tǒng)安全可靠供電提供重要支持。
總之，煤礦井下供電系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)復(fù)雜環(huán)境中，提高其運(yùn)行安全可靠性是一項(xiàng)系統(tǒng)、長期持久的工作。抓好煤礦安全供電，電氣設(shè)備和供電系統(tǒng)保護(hù)是基礎(chǔ)只要管理到位，職工技術(shù)業(yè)務(wù)過硬，裝備優(yōu)良，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，就一定能做好供電安全工作，確保礦山安全。
