谐波治理

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论文 名称 矿井电网谐波治理及无功补偿的研究应用 论 文 摘 要 由于煤矿原煤产量的大幅度提高和现代化矿井建设的需求，大型电力电子设备在煤矿中得以广泛应用，煤矿电网中的谐波含量大大增加，导致煤矿电网中的电压和电流波形严重失真，影响着供用电设备的安全经济运行，同时煤矿自然功率因数偏低，吨煤能耗增大。本文通过对姚桥煤矿电网谐波及无功补偿测试数据的分析和治理方案的探讨，希望对类似煤矿企业在谐波治理与无功补偿方面起到一定的帮助和借鉴作用。 姓名 第一 作者 职称 移动 电话 工作 单位 合作者 郭金龙 工程师 职务 电子邮箱 主管 DTJD414@126.COM 最高 学历 单位 电话 本科 89024707 13852022538 上海大屯能源机电管理部 论文获这方面的问题采取了相应的措施，实施了姚桥矿SVG和孔庄矿SVC大型谐波治理奖或发和无功补偿装置，取得良好的使用效果，本文是最近撰写的实践性论文，通过对表交流目前较为先进的SVG方案的阐述和实际使用情况介绍，希望对公司有关方面的治等情况 理起到积极的推进作用，保证矿区供电安全。拟投稿发表。 谐波与无功补偿问题对公司四矿的安全供电已经产生了较大影响，公司针对评审 情况 备 注

矿井电网谐波治理及无功补偿的研究应用

郭 金 龙

（上海大屯能源股份公司机电管理部 江苏沛县 221611 ）

摘 要：由于煤矿原煤产量的大幅度提高和现代化矿井建设的需求，大型电力电子设备在煤矿中得以广泛应用，煤矿电网中的谐波含量大大增加，导致煤矿电网中的电压和电流波形严重失真，影响着供用电设备的安全经济运行，同时煤矿自然功率因数偏低，吨煤能耗增大。本文通过对姚桥煤矿电网无功补偿及谐波测试数据的分析和治理方案的探讨，希望对类似煤矿企业在谐波治理与无功补偿方面起到一定的帮助和借鉴作用。 关键词：谐波 动态无功补偿 治理

1. 引言

随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，为了使煤矿设备得到更好的启动和运行特性，提高设备运行可靠性，减少电能损耗，延长设备使用寿命，现代煤矿设备朝着大功率、变频化方向发展，由于大量非线性电力负荷的增加，给电网造成了较大的“谐波污染”， 给电网的正常运行带来了功率因数降低、电磁干扰和谐波污染的问题。功率因数过低，将会导致大量的电能浪费、设备利用率降低和电压偏差过大等。谐波能使电网的电压与电流发生畸变，浪费电网容量；使变压器的铜耗和铁耗增加，导致变压器的噪声增大，甚至发出金属声；使电机产生附加的功率损耗和发热,从而降低电机的运行效率,缩短电机的使用寿命；它对继电保护、通讯设备、自动和远动装置和测量设备仪表等有严重的干扰，降低了继电保护、控制以及检测装置的工作精度和可靠性。

谐波的危害程度也取决于谐波量的大小、现场条件等因素，本文对大屯公司姚桥煤矿电网谐波治理与无功补偿方面的问题和方案进行了分析与探讨。

2. 电网的谐波测试与分析

大屯公司姚桥煤矿年生产能力450万吨，两对主提升机，总功率为5600KW，井下主运皮带均装设了变频调速装置，矿井设1座35KV变电所，变电所内装备两台SZ9-25000/35/6KV容量为25MVA的主变。6KV为单母线分段，每段母线补偿电容器为1500kvar×2。随着生产设备功率的增大，矿用负荷不断增加，两台主变出现异常，主提升绞车电控系统经常出现故障，井下皮带集控系统及通信系统时常不能正常使用，对安全生产造成了一定的影响。基于以上情况，对该矿电网进行了电能质量测试。

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测试重点为35KV变电站Ⅰ段、Ⅱ段6KV母线，结果如下：图1为母线电压电流波形，图2分别为谐波电压总畸变率及11次谐波电流。表1、表2分别为6kV I段、II段母线中各次谐波电流。

Periodics (1段母线.PMD)1537.561469.141400.721332.296.126.236.206.16Periodics (1段母线PMD)1263.876.081195.446.041127.026.001058.595.96990.17921.75853.32784.90716.47648.05579.63511.20442.78374.35305.93237.51169.0821.03.2008. 12:38:00Relation 1 : 921.03.2008. 19:58:005.925.885.845.805.765.725.685.645.605.565.525.485.4421.03.2008.12:38:00Relation 1 921.03.2008.19:58:00I1 (A) Max 图1：母线电压电流波形 I2 (A) MaxI3 (A) MaxU1 (kV) MinPeriodics (1段母线PMD)66.5663.4960.4257.3554.2851.2148.1345.0641.9938.9235.8532.7829.7026.6323.5620.4917.4214.3511.278.205.13U2 (kV) MinU3 (kV) Min 15.5814.9014.2113.5212.8312.1411.4510.7610.089.398.708.017.326.635.945.254.573.883.192.501.8121.03.2008.12:38:00Relation 1 921.03.2008.19:58:00Periodics (1段母线PMD)21.03.2008.12:38:00Relation 1 921.03.2008.19:58:00hdU1 (%) Max 1 h11 (A) 图2：谐波电压总畸变率及11次谐波电流 谐波次数 7 11 13 23 16 25 13 谐波次数 5 7 11 13 4 谐波电流大小（A） 15 60 26 谐波电流大小（A ） 40 13.5 9 谐波电流允许值 (A) 26 18 谐波电流允许值(A) 18 12 9.8 5.6 5.1 12 9.8 表1 根据实际测试数据，按照国家谐波标准进行了统计与分析，结果如表1、表2所示。从测试图形和数据可以看出：Ⅰ段母线电压、电流瞬时波形中均显示电压、电流均发生了一定程度的畸变，绞车运行时产生的谐波含量大，尤其是11、13、23、25次谐波严重超标，尤以11次最严重。同时，通过电容器组投切前后的对比可以看出，电容器组对5、7次谐波产生了放大作用，虽然5、7次谐波在大部分时间内不超标，但是在个别情况下，5、7次急剧增加，达平时的15倍以上；电压畸变率最大时超过15％，大大超过国标要求的4％以内的范围；绞车运行时的无功冲击非常大，瞬时无功最高已经超过11Mvar，平时维持在7Mvar左右，功率因数最低时不足0.1，绞车运行时的电压波动的非常厉害，最低降为5.5kV。电流最高时瞬间可超过1500A，极易造成保护误动

Ⅱ段母线电压、电流瞬时波形中也显示出电压、电流均发生了一定程度的畸变，绞车运行时产生的谐波含量大，尤其是5、7次谐波严重超标，5次谐波电流最高超过160A，电压畸变率接近国标要求的4％以内的范围；绞车运行时的无功冲击非常大，瞬时无功最高已经接近10Mvar，平时维持在5Mvar左右，功率因数最低时不足0.7；绞车运行时的电压波动的

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非常厉害，电压波动范围为6.1V～5.65kV。电流最高时瞬间可超过1500A，也极易造成保护误动。

通过由以上对系统数据的分析结果可见，该矿应对系统应同时进行谐波治理与无功补偿，确保收到良好的使用效果。

3. 煤矿谐波治理及无功补偿实施方案

传统的谐波治理技术有有源治理、无源治理、有源无源混合治理等几种，姚桥矿经过对测试数据的分析，结合矿井负荷与现场实际情况，采用 SVG进行无功补偿和谐波治理的方案，它是通过大功率电力电子器件(IGBT)的高频开关实现无功能量的变换，满足IGBT 功率模块N+1 运行方式，一个模块故障可旁路继续运行，具有补偿性能好、谐波特性好、响应速度快、低电压特性好、运行损耗小、运行效率高、占地面积小、安全可靠性高、基本免维护等特点。6kV I段母线SVG补偿治理谐波，能够将13次以下的谐波完全滤除。所需SVG谐波治理的容量为：

222QSVG1?1.35?3?U?I52?I7?I11?I13?1002.7kVar。对于I段母线，若

将13次以下的谐波完全滤除，所需SVG的谐波补偿容量为1002.7kVar。6kV II段母线上的谐波电流主要为13次以下的谐波电流，其中尤以5次谐波超标最严重。所需SVG谐波治理的容量为：

222QSVG1?1.35?3?U?I52?I7?I11?I13?638.6kVar。对于Ⅱ段母线，若将

13次以下的谐波完全滤除，所需SVG的谐波补偿容量为638.6kVar，能够保证25次以下的谐波电流均满足国标要求。

考虑到姚桥煤矿今后生产装备能力的提高和更多先进电力电子设备的应用，为保证系统在任何情况下都能安全运行，补偿容量需要有充足的余量，因此在6kVⅠ段、Ⅱ段母线上各配置1套容量为6MVar的动态无功补偿装置，调节范围-6MVar～6MVar感性/容性双向连续可调，输出无功容量不受母线电压变化影响，可满足对系统功率因数补偿的要求，且SVG有源滤波安全性高，不会与系统产生谐振，而且滤波效果也不受系统参数变化影响。图3为SVG动态谐波治理与无功补偿系统主接线图。

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6kV??6kV??±6M(??+??) ±6M(??+??)QNSVG100MQNSVG100M

图3：SVG动态谐波治理与无功补偿系统主接线图

4. 结束语

煤矿电网谐波问题造成的故障普遍存在，能引起远动、通信、自动控制系统误报警或动作，造成一定的安全隐患，姚桥矿选用SVG动态无功补偿装置对矿井供电系统进行谐波治理和无功补偿后，各次谐波电流大大减少，总电压畸变率大大下降，电能质量得到很大的改善，提高了线路输电能力和变压器的负载能力，系统的功率因数达到96%以上，进一步保证了矿井供电安全。因此，SVG 动态无功补偿及谐波综合治理装置的应用，有利于提高煤矿供电的安全可靠性，降低系统损耗，提高能源利用水平，具有良好的社会效益和经济效益，在煤矿电网中具有广阔的应用前景。 参考文献：

（1）主编：罗安，《电网谐波治理与无功补偿技术及装备》，中国电力出版社。

作者简介：

郭金龙，男，生于1979年4月，1999年毕业于中国矿业大学工业自动专业，现上海大屯能源股份有限公司机电管理部主管，工程师。

通讯地址：江苏沛县大屯煤电公司机电管理部 邮编：221611 电话：0516-89024707

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