摘要：本文结合龙煤集团鹤岗分公司新岭煤矿露天采煤现场的用电负荷特点，概述了新岭煤矿露采区6kv供电系统谐波治理的设计方案，并进行了分析计算，同时对投运后的谐波治理效果进行了实测和分析。
关键词：谐波治理 新岭煤矿露采区6kv供电系统
1 现场情况概述
龙煤集团鹤岗分公司新岭煤矿露天采煤现场主要有4台大功率电铲，4台钻机，排水泵等设备，有6kV专线供电，装有一套6kV高压自动补偿装置，由于电铲电控系统改造成了直流马达驱动系统，在提高设备运行可靠性的同时，整流装置还产生了大量谐波，造成电机振动加大、整流变烧毁、电缆频繁放炮等故障，严重影响安全生产，针对以上情况，必须对原有补偿设备进行改造，才能适应现有设备状况。
2 现场测试数据如下及分析
经现场测量，得出设备具有大量的谐波含量，且谐波含量较为复杂，对设备的使用已经构成危害，根据现场实际测量后数据分析,电压谐波含量达到7.4%，电流谐波含量平均39.6%，最大电流谐波达到100%，谐波含量以3,5,7次为主。
3 谐波的危害主要表现在
3.1谐波对线路、变压器、旋转电机的影响
谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使线路功耗增加。对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加,增加电力网的功率损耗(如线损) ,使无功补偿设备不能正常运行等,给系统和用户带来危害。此外谐波还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声,长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。
3.2谐波对换流装置的影响
交流电网的电压畸变可能引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使整流器的工作不稳定；对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。
3.3谐波对电缆和并联补偿电容器的影响
与架空线路相比，电缆线路对地电容要大10～20倍，而感抗仅为其1/3—1/2，所以很容易形成谐波谐振。谐波引起电缆绝缘损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大，这是由于电缆的分布电容对谐波电流有放大的作用。另外，谐波对并联电容器组影响较显著，大约70%的谐波故障是发生在电容器组上。这是因为，当接入电网的并联补偿电容器组参数选择不当时，会使谐波放大，危及电容器的安全运行，造成电容器损坏或缩短其使用寿命。
4 方案选择
采用PowerSolverTM-FC型谐波治理无源滤波装置我们寻求的是在不改变原有无功补偿的情况下，考虑即能达到治理目的又经济的方案。在露采区变电所的母线端引出线加装PowerSolverTM-FC型谐波治理无源滤波装置，采用6%电抗率，可滤除部分的5次谐波，为了治理其它高次谐波，需再追加一套固定式滤波补偿装置，安装容量640kvar,设置3次单调谐和7次高通两个滤波通道，就可以治理3次和7次谐波。在变电所内安设，不必考虑环境问题，使露采供电系统力率、电能质量都达到国家标准，保证安全生产。此方案最佳。
5 JZE PowerSolverTM-FC型谐波治理无源滤波装置介绍
5.1产品概述
九洲电气PowerSolverTM系列FC型谐波治理无源滤波装置，由户内安装的补偿出线柜，3、5、7次隔离柜，以及户外安装的电容器组、电抗器组成。FC型谐波治理无源滤波装置做成3、5、7次高通滤波器，用于提供容性无功功率补偿及3、5、7次谐波滤波，装置具有电容器外熔丝保护、过电压保护（避雷器）等；FC隔离柜内部为滤波支路设置了继电器监控的一套过流保护，电容器上的三相电压不平衡开口三角电压保护，补偿出线柜。
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5.2 PowerSolverTM-FC的技术特点及优势
5.2.1补偿出线柜上的综保具有液晶显示屏，可在线显示回路电压、电流、相角等测量参数，设置速断，过流，过电压，低电压等保护。
5.2.2固定补偿，滤除系统中的3、5、7次谐波，提高电网电压质量。
5.2.3干式空芯电抗器，有效抑制谐波干扰，保证设备可靠运行。
6施工方案
6.1补偿容量
电力系统常规补偿时，一般按变压器容量的20～40%选择补偿容量；用户对功率因数有特殊要求时，可选择补偿容量使功率因数达到要求值。根据现场实际测量，考虑到电容器的安全特性，其电压等级确定为6kV，且为滤波电容器。本次补偿确定补偿量为675kvar，容量分别为150kvar， 375kvar及150kvar。
6.2补偿原理
高压FC无源滤波装置主要由干式空心滤波电抗器, 滤波电容器, 线编式无感电阻器,控制保护系统组合设计构成的滤波电路，无源滤波回路由电容器串联电抗器形成串联谐振，对基波呈容性，电容对基波频率产生无功功率补偿，对谐波形成低阻抗，让谐波流入滤波器，典型谐波滤波回路有3次，5次，7次,高通滤波支路，其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道,能够将谐波完全或大部分吸收，以维护良好的用电环境，保障电气设备的安全运行。同时还可以提高电网的功率因数，收到良好的经济效益。
7 PowerSolverTM-FC型谐波治理无源滤波装置投运后测试分析
此次电能质量数据测试旨在分析FC装置对露采区电力系统产生的谐波电流进行治理的效果。为了说明滤波情况，我们取只投入5次滤波装置的检测数据进行分析，刚好能满足现有负荷情况，
FC装置5次支路投入前后，从12月11日开始测试，在未投入FC装置前的时间段内，系统5次谐波电压大约在20V左右，5次谐波电流大约在30A左右，从12月12日11：08分开始投入FC后，系统5次谐波电压基本消除，5次谐波电流则降至15A左右，滤波效果显著，在后续投入过程中一直比较稳定，起到了滤除谐波的作用。而其他未设计或未投入的谐波次数的电压和电流等指标基本未发生变化，从而进一步证明了5次滤波支路参数设计的准确性和加装3、7次滤波支路的必要性。
8 结论
FC装置在投入以后，很大程度上提高了电能质量，具体体现在以下几个方面：
1）保证原有无功补偿系统正常应用，运行稳定；
2）系统功率因数得以改善，分别由补偿前的0.85提高到补偿后的0.95左右；
3）系统谐波得到治理，滤除效果明显，为产品生产的质量和可靠性提供了保障。
4) 以上测试是均在只投入一组滤波补偿装置的情况下进行的，若所有补偿装置全部投入，谐波治理的效果将更加明显和有效。
参考文献
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[4]单铁铭, 杨仁刚。不平衡电流无功补偿方法研究 北京: 电力自动化设备, 2004.
作者简介
张杰(1973—)，女，工程师。2016年毕业于黑龙江省工业学院矿山机电专业，现从事煤矿机电综合管理和电动机维修技术工作。
论文作者:张杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/21
标签：谐波论文; 装置论文; 无源论文; 电容器论文; 电流论文; 电压论文; 采区论文; 《基层建设》2018年第32期论文;