（山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿 山东莱州 261441）
摘要：矿山供配电系统复杂，专业性强，受各种因素影响，容易出现谐波情况，对供电安全产生影响，导致矿山整体开采质量和日常工作效率受扰。变频、整流设备在矿山供配电系统中应用普遍，作为电力半导体装置，因为非线性负荷，谐波电流频发，使矿山安全生产难以保障。文章分析矿山供配电系统谐波产生及危害，从三个方面，提出具体谐波治理方法，使矿山供配电系统更加安全，为矿山各项工作的开展奠定良好基础。
关键词：矿山；供配电系统；谐波治理
整流器、逆变器、变频调速器等电气传动装置在矿山设备中被广泛应用，其以可靠的控制保护技术，使能源浪费问题减少。但开关作用使其在运行过程中谐波增多，引发供电系统电流、电压畸变情况，干扰供配电系统电能质量，导致矿山供电系统和电气设备无法正常运行，且安全性得不到保证。设计矿山供配电系统时，要明确谐波危害，依托技术手段加以抑制。
1矿山供配电系统谐波产生及危害
1.1矿山供配电系统谐波产生
外部电源和电弧炉、电力变流设备、大容量电力晶阀管可控开关设备、工业控制用计算机等共同产生了矿山供配电系统高次谐波。除此之外，中性点偏移、三相相位不对称等也是谐波产生的一大原因。
1.2矿山供配电系统谐波危害
（1）增加设备损耗
高次谐波使变压器出现严重的电阻、涡流、杂散损耗，并出现铁芯磁滞损耗增多情况。谐波会使电动机出现附加损耗、转矩。涡流、磁滞等频率越高，电机中铁芯、绕组附加损耗越多。电动机上的脉冲转矩也是谐波所致，导致电动机出现振动、扭曲情况，工作效率严重受扰。电动机负荷在矿山供配电系统总负荷中的占比大，而高次谐波损耗又是电动机谐波损耗中最多的，危害很大。在供电线路中，频率越高，线路阻抗越大。而电网损耗中，尤以变压器和配电线路最为严重，电网损耗和低压三相配电系统零线电流受高次谐波影响增大，导致出现严重的线路零序和负序阻抗损耗[1]。
（2）损坏补偿电容器、电缆及设备绝缘
谐波电缆会被电容器吸收，出现过载发热情况。容性阻抗和感性阻抗会使谐波谐振产生，出现电容器发热损坏情况。非谐振谐波也会增加电容器损耗系数，出现附加损耗，引发故障情况，或干扰电容器使用寿命。倘若电网中电压畸变，电容器使用过程中会加剧谐波。串、并联谐振是在电缆线路和电气设备谐波处于串、并联回路情况时产生的，引发谐波过电压、过电流情况，损坏电缆及相关设备。
（3）装置误动作和仪器仪表计量不准
谐波谐振时，继电保护装置误动作都是因谐波电压升高及电流增大所致，还会影响断路器、熔断器、自动控制装置等，出现拒动或者误动情况，甚至对设备产生损坏。当谐波对感应型仪表产生干扰时候，会导致测量结果不准，出现误差情况。
（4）影响通信系统工作
在供电线路中，大幅值奇次低频谐波经磁场耦合之后，会在与矿区比较近的通信线路上出现干扰电压，使线路无法正常通信，引发故障情况。除此之外，通信系统能否正常工作也取决于大变流装置换相过程中的电磁噪声情况等[2]。
2矿山供配电系统谐波治理技术
控制谐波源设备谐波、无线滤波装置滤波、有源滤波装置滤波在谐波治理和抑制方面效果非常好。矿山供配电系统谐波治理过程中，要结合实际情况，对这三种技术进行科学选择和应用，从而对谐波进行有效治理，将其对矿山的危害降到最低，营造良好的采矿环境，最大程度消除电力安全隐患，实现矿区电能质量优化。
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2.1控制谐波源设备谐波
电力变流设备、电弧炉、照明设备、铁芯设备等都属于谐波源。谐波源会向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压。上述四种设备为矿山供电中的主要谐波源。需结合设备情况，采用正确的方式，进行谐波治理。
电力变流设备。这一谐波源数量多，整流设备脉动数、导通移相控制角和换相重叠角、控制形式、电网自身电能质量等都会对谐波电流含有率产生影响。其中，尤以整流设备脉动数和控制形式影响最为严重。谐波电流控制最佳方法是使整流设备脉动数增加。铁芯设备。该设备类型可被细分为各类变压器和铁芯电抗器。在电力变压器中，磁性电流之所以为非正弦波形，是因为铁芯呈非线性地磁化特性。这其中谐波电流数量很多，无论是变压器绕组连接方式，还是铁芯结构，都会对谐波电流大小产生影响。以三相柱式变压器为例，其采用全星形连接方法，因无零序磁路，加之，各柱磁路长度存在差异，会出现正、负序分量的3及3的奇数倍谐波电流零序电流，又因无零序磁路，零序磁通要与油箱、空气等形成环路，其具备很大的磁阻，而与之相对应的电流则相对比较小。倘若为三角形接线绕组形式，可提供上述零序电流通路，对变压器向电网中注入的谐波电流量进行控制，达到良好的谐波抑制效果[3]。
常规电抗器因谐波含量低，不会形成谐波源。而静补偿装置中的相控型电抗器、铁芯电抗器等则会产生谐波电流。最佳解决方法为分别采用三角形接线方式和星形多折线与三角形接线结合的方式，对谐波电流加以抑制。
2.2借助无线滤波装置滤波
滤波电容器、电抗器、电阻器是无源滤波器主要构成元素。当无源滤波器和谐波源处于并联状态时，不仅能够滤波，还可进行无功功率补偿。无源滤波最常用的方法是借助数个单调谐滤波支路，将各主要特征谐波滤除，继而装设分流滤波器。这一过程切忌盲目，要严格考量谐波次数，并依据需消除的谐波次数对谐振频率进行科学调节。举例而言，想要将5次和7次特征谐波滤除，调谐各支路电容电感参数，使其分别为250Hz和350Hz，从而使各支路在各自调谐频率上的总阻抗得以消除，以免谐波电流流向供电系统，达到良好的滤波效果[4]。
2.3采用有源滤波装置滤波
有源滤波装置的特点和优势在于能够对电网谐波进行有效控制，并加以预防。其实现方法为以电力电子器件为依托，使其产生的补偿电流与负载电流谐波分量相同、相位相反，从而对谐波进行消除。这一实施方法对以往无源滤波装置响应速度慢、容易与供配电系统发生谐振的情况进行规避，达到良好的电网谐波检测和治理效果，既不需要使用电阻器、滤波电容器和电抗器等，又能够通过补偿电流调节使其与供电系统中的无功电流保持一致，从而达到良好的无功补偿效果。
有源滤波装置依托指令电流对负载电流中的谐波和无功分量等加以计算，从而确保补偿电流发生电路依据指令电流，对电路发出的指令信号驱动逆变电路产生的补偿电流加以计算。经过计算之后，了解正弦波电流情况，以此为依据，治理谐波，并进行无功补偿[5]。
结语
无论是对谐波源自身谐波进行控制，还是借助滤波装置都能够达到良好的谐波抑制和治理效果。在矿山供配电系统谐波治理过程中，要明确矿山供配电系统谐波产生的原因和危害等，优选最佳谐波治理方式，对谐波进行有效控制，提高无功补偿效率及电能质量。
参考文献：
[1]郑康.矿山供配电系统谐波及其治理技术的探讨与应用[J].通讯世界，2014，（5）：55-57.
[2]李响初，邓宗寿，等.有色金属矿山电力谐波治理与抑制及解决方案研究[J].电力电容器与无功补偿，2016，37（5）：103-106.
[3]董洪稳，徐峻涛.供配电系统中电力谐波及其治理方法的研究[J].电气工程学报，2014，（3）：72-75.
[4]周海波.谐波及其治理方法在供配电系统中的研究[J].军民两用技术与产品，2014，（17）：68+82.
[5]任巧智.供配电系统中电力谐波及其治理方法的研究[J].科技展望，2016，26（9）：22-23.
论文作者:王伟利,李伟明
论文发表刊物:《河南电力》2018年9期
论文发表时间:2018/10/19
标签：谐波论文; 电流论文; 矿山论文; 供配电论文; 系统论文; 情况论文; 设备论文; 《河南电力》2018年9期论文;