側裝磁翻板液位計在煤礦供配電系統中分布及監測研究

1 煤礦供配電系統的諧波分布

1.1 側裝磁翻板液位計裝置

目前，側裝磁翻板液位計技術已廣泛應用于煤礦風機、水泵等設備，其側裝磁翻板液位計裝置一般分為交 - 直側裝磁翻板液位計以及交 - 交側裝磁翻板液位計，其中交 - 直側裝磁翻板液位計可以將 50 HZ工頻電源經可控硅整流后，轉變為直流電壓信號，濾波后將開關元件逆變為可側裝磁翻板液位計率的交流信號。而交 - 交側裝磁翻板液位計則是將固定頻率的交流電源轉換為可調頻率的交流電源，但變換后會產生諧波分量，對煤礦供配電系統造成諧波污染問題。

1.2 整流與逆變設備

充電裝置、電力機車以及開關電源等多種設備中均采用了晶閘管整流技術，可以利用移相原理由電網系統中吸收半周正弦波，分解后半周正弦波會產生大量的諧波分量，是電網系統的主要諧波源。同時，電路中的二極管（理想狀態下），正向阻抗為零，反向阻抗無窮大，因此，電流單方向流動，且整流器每相電流波形為矩形波，通過展開傅氏級數可知，除了工頻正弦波外，高次波形諧波也不斷疊加。電動機調速主要通過側裝磁翻板液位計完成，除了可以靈活調速外，還可以將節省大量的電能。但側裝磁翻板液位計調速期間會產生大量的諧波，導致諧波污染問題，嚴重影響了音響系統以及電視等設備的正常運行，還會危及壓力表、流量表以及可編程控制器的運行情況，導致電容器、電抗器、變壓器產生過大熱量，導致過熱問題。除此之外，逆變器、整流器等設備也會產生諧波電壓與諧波電流，整流器主要將交流電轉變為直流電，而逆變器可以將直流電轉變為交流電，但轉換期間會產生高次諧波問題，一是通過電容耦合 ；二是通過告高次諧波電流產生電磁感應 ；三是由電源或接地回路中竄入。

1.3 換流設備

換流設備在高壓直流輸電系統中占據十分重要的位置，可以為交流電與直流電提高相位差為12 脈波與 30 度的交流電壓，減小交流側諧波電流。同時，且還可以為交流電與直流電提供空氣隔離，并利用換流變壓器調節交流電壓，促使直流系統可以保持zui佳的運行狀態。非線性元件屬于高壓直流輸電的關鍵設備，可以產生大量的諧波，以保護換流變壓器，根據諧波原理保護設備運行。

2 諧波的危害

在電氣環境中，諧波具備較大的危害，可以導致電氣設備過熱問題，加快絕緣老化速度，嚴重影響了設備的正常運行，導致無法充分發揮繼電保護裝置的作用。具體而言，諧波對煤礦設備的危害主要存在幾個方面。

2.1 變壓器

經過變壓器的諧波會增大銅損，并增加能耗，且諧波還會導致額外損耗與頻率比例上升，以致降低了變壓器的基波負載容量，減小了運行效率。同時，諧波還會增大噪音，縮短變壓器的正常使用時間。

2.2 電動機

諧波會導致電動機發生銅損與鐵損問題，在產生附加轉矩的基礎上，降低電動機的運行效率，以致其因振動減少運行壽命。

2.3 補償電容器

諧波會導致配電系統與電容器發生諧振問題，且電容器還會進一步放大諧波，加劇了其對供配電系統的不利影響。

2.4 電力電纜

諧波會導致導體出現額外升溫問題，使其發生鄰近效應，且隨著頻率的增大，線路電阻也隨之增加，增大了電纜能耗，在減小額定載流量的基礎上，破壞了導體的絕緣層，甚至還會出現火災等安全隱患問題。

2.5 通信與信息線路

通信信息線路與供配電線路距離較近時，兩者會因電磁感應出現磁場耦合問題，此時諧波會干擾通信信號，影響了聲像的清晰度，也降低了信息傳輸的準確性，甚至還會導致設備損壞問題，嚴重威脅了工作人員的人身安全。

2.6 微機保護與控制設備

供配電系統中的諧波會導致各種微機保護與控制設備發生誤動問題，尤其在綜合自動化裝置中更為明顯，很容易會擴大故障帶來的負面影響，甚至還會瓦解區域系統。除此之外，諧波還會導致電能計量與儀表數值出現較大誤差問題。若使用期間沒有有效治理諧波問題，直接連接上級電網，則會為整個電網系統帶來了嚴重的諧波污染問題。

3 煤礦供配電系統中諧波的治理對策

諧波嚴重威脅著煤礦開采工作的順利進行，甚至為人們的正常生活帶來了安全隱患。對此，相關部門必須采用綜合措施有效治理諧波問題，以消除其危害。

3.1 選擇電力電纜

煤礦供配電系統在選擇電力電纜時應充分考慮諧波的危害程度，并確定電纜的截流量，一般情況下，為了獲得良好的治理效果，可以選擇放大一級的電纜截面。

3.2 選擇變壓器

為了有效阻止不平衡電流與高次諧波流入電源配電系統中，應合理確定變壓器的接線方式。變壓器的星 / 星接線方式會導致中性點的電壓脈動問題，為了避免電壓發生畸變問題，應將原邊設置為四線制，但此時電源系統很容易出現畸變問題。為了克服此問題，應增加第三個三角形接法的繞組，為高次諧波與不平衡電流提供通路，以防其進入電源系統。對此，煤礦供配電系統各級變壓器應采用三角形 / 星形變壓器。諧波很容易出現畸變，因此在確定電力變壓器的額定容量時應留有裕量，確保變壓器的負荷率保持在 70%-80%，以防因諧波導致變壓器的發熱問題。

3.3 配置靜止無功補償裝置

大功率提升機、帶式輸送機以及通風機等在運行期間除了可以產生高次諧波污染問題，且還會導致電壓波動與閃變，甚至導致供配電系統電壓的三相不平衡問題。為了克服此問題，應將靜止無功補償裝置安裝于諧波源處，在補償功率因數的基礎上，抑制電壓波動、三相不平衡以及電壓閃問題減小波動的諧波量。

3.4 安裝諧波補償裝置

諧波補償裝置主要采用了 LC 調諧波濾器，可以在諧波源吸收諧波，在補償諧波的基礎上，補償了無功功率。但受煤礦供配電系統運行狀態以及阻抗等因素的干擾，其極易發生并聯諧振問題，甚至會燒毀 LC 濾波器。同時，這種裝置結構簡單，只可以補償固定頻率的諧波，沒有達到預期效果。隨著電力電器器件的不斷發展，有源濾波器得到了廣泛采用，其可以與原諧波電流產生大小相等、方向相反的諧波電流，保證電網電流中僅包括基波分量。有源濾波器具備快速響應以及高度可控等優勢，性價更低，且不受供配電系統阻抗等因素的影響，濾波特性更好，有效避免了濾波器與供配電系統的諧波共振問題，保證諧波的自動化補償。

4 結語

在我國社會經濟發展過程中，煤礦企業占據十分重要的作用，供配電系統的諧波防治也成為相關部門廣泛關注的問題。為了確保煤礦供配電系統可以保持正常的運行模式，相關工作人員應深入分析諧波產生的原因及危害，針對性的采取更多的解決措施，以更好的促進電力系統的安全穩定運行，促進我國煤礦企業的可持續發展。