侧装磁翻板液位计在煤矿供配电系统中分布及监测研究

1 煤矿供配电系统的谐波分布

1.1 侧装磁翻板液位计装置

目前，侧装磁翻板液位计技术已广泛应用于煤矿风机、水泵等设备，其侧装磁翻板液位计装置一般分为交 - 直侧装磁翻板液位计以及交 - 交侧装磁翻板液位计，其中交 - 直侧装磁翻板液位计可以将 50 HZ工频电源经可控硅整流后，转变为直流电压信号，滤波后将开关元件逆变为可侧装磁翻板液位计率的交流信号。而交 - 交侧装磁翻板液位计则是将固定频率的交流电源转换为可调频率的交流电源，但变换后会产生谐波分量，对煤矿供配电系统造成谐波污染问题。

1.2 整流与逆变设备

充电装置、电力机车以及开关电源等多种设备中均采用了晶闸管整流技术，可以利用移相原理由电网系统中吸收半周正弦波，分解后半周正弦波会产生大量的谐波分量，是电网系统的主要谐波源。同时，电路中的二极管（理想状态下），正向阻抗为零，反向阻抗无穷大，因此，电流单方向流动，且整流器每相电流波形为矩形波，通过展开傅氏级数可知，除了工频正弦波外，高次波形谐波也不断叠加。电动机调速主要通过侧装磁翻板液位计完成，除了可以灵活调速外，还可以将节省大量的电能。但侧装磁翻板液位计调速期间会产生大量的谐波，导致谐波污染问题，严重影响了音响系统以及电视等设备的正常运行，还会危及压力表、流量表以及可编程控制器的运行情况，导致电容器、电抗器、变压器产生过大热量，导致过热问题。除此之外，逆变器、整流器等设备也会产生谐波电压与谐波电流，整流器主要将交流电转变为直流电，而逆变器可以将直流电转变为交流电，但转换期间会产生高次谐波问题，一是通过电容耦合 ；二是通过告高次谐波电流产生电磁感应 ；三是由电源或接地回路中窜入。

1.3 换流设备

换流设备在高压直流输电系统中占据十分重要的位置，可以为交流电与直流电提高相位差为12 脉波与 30 度的交流电压，减小交流侧谐波电流。同时，且还可以为交流电与直流电提供空气隔离，并利用换流变压器调节交流电压，促使直流系统可以保持zui佳的运行状态。非线性元件属于高压直流输电的关键设备，可以产生大量的谐波，以保护换流变压器，根据谐波原理保护设备运行。

2 谐波的危害

在电气环境中，谐波具备较大的危害，可以导致电气设备过热问题，加快绝缘老化速度，严重影响了设备的正常运行，导致无法充分发挥继电保护装置的作用。具体而言，谐波对煤矿设备的危害主要存在几个方面。

2.1 变压器

经过变压器的谐波会增大铜损，并增加能耗，且谐波还会导致额外损耗与频率比例上升，以致降低了变压器的基波负载容量，减小了运行效率。同时，谐波还会增大噪音，缩短变压器的正常使用时间。

2.2 电动机

谐波会导致电动机发生铜损与铁损问题，在产生附加转矩的基础上，降低电动机的运行效率，以致其因振动减少运行寿命。

2.3 补偿电容器

谐波会导致配电系统与电容器发生谐振问题，且电容器还会进一步放大谐波，加剧了其对供配电系统的不利影响。

2.4 电力电缆

谐波会导致导体出现额外升温问题，使其发生邻近效应，且随着频率的增大，线路电阻也随之增加，增大了电缆能耗，在减小额定载流量的基础上，破坏了导体的绝缘层，甚至还会出现火灾等安全隐患问题。

2.5 通信与信息线路

通信信息线路与供配电线路距离较近时，两者会因电磁感应出现磁场耦合问题，此时谐波会干扰通信信号，影响了声像的清晰度，也降低了信息传输的准确性，甚至还会导致设备损坏问题，严重威胁了工作人员的人身安全。

2.6 微机保护与控制设备

供配电系统中的谐波会导致各种微机保护与控制设备发生误动问题，尤其在综合自动化装置中更为明显，很容易会扩大故障带来的负面影响，甚至还会瓦解区域系统。除此之外，谐波还会导致电能计量与仪表数值出现较大误差问题。若使用期间没有有效治理谐波问题，直接连接上级电网，则会为整个电网系统带来了严重的谐波污染问题。

3 煤矿供配电系统中谐波的治理对策

谐波严重威胁着煤矿开采工作的顺利进行，甚至为人们的正常生活带来了安全隐患。对此，相关部门必须采用综合措施有效治理谐波问题，以消除其危害。

3.1 选择电力电缆

煤矿供配电系统在选择电力电缆时应充分考虑谐波的危害程度，并确定电缆的截流量，一般情况下，为了获得良好的治理效果，可以选择放大一级的电缆截面。

3.2 选择变压器

为了有效阻止不平衡电流与高次谐波流入电源配电系统中，应合理确定变压器的接线方式。变压器的星 / 星接线方式会导致中性点的电压脉动问题，为了避免电压发生畸变问题，应将原边设置为四线制，但此时电源系统很容易出现畸变问题。为了克服此问题，应增加第三个三角形接法的绕组，为高次谐波与不平衡电流提供通路，以防其进入电源系统。对此，煤矿供配电系统各级变压器应采用三角形 / 星形变压器。谐波很容易出现畸变，因此在确定电力变压器的额定容量时应留有裕量，确保变压器的负荷率保持在 70%-80%，以防因谐波导致变压器的发热问题。

3.3 配置静止无功补偿装置

大功率提升机、带式输送机以及通风机等在运行期间除了可以产生高次谐波污染问题，且还会导致电压波动与闪变，甚至导致供配电系统电压的三相不平衡问题。为了克服此问题，应将静止无功补偿装置安装于谐波源处，在补偿功率因数的基础上，抑制电压波动、三相不平衡以及电压闪问题减小波动的谐波量。

3.4 安装谐波补偿装置

谐波补偿装置主要采用了 LC 调谐波滤器，可以在谐波源吸收谐波，在补偿谐波的基础上，补偿了无功功率。但受煤矿供配电系统运行状态以及阻抗等因素的干扰，其极易发生并联谐振问题，甚至会烧毁 LC 滤波器。同时，这种装置结构简单，只可以补偿固定频率的谐波，没有达到预期效果。随着电力电器器件的不断发展，有源滤波器得到了广泛采用，其可以与原谐波电流产生大小相等、方向相反的谐波电流，保证电网电流中仅包括基波分量。有源滤波器具备快速响应以及高度可控等优势，性价更低，且不受供配电系统阻抗等因素的影响，滤波特性更好，有效避免了滤波器与供配电系统的谐波共振问题，保证谐波的自动化补偿。

4 结语

在我国社会经济发展过程中，煤矿企业占据十分重要的作用，供配电系统的谐波防治也成为相关部门广泛关注的问题。为了确保煤矿供配电系统可以保持正常的运行模式，相关工作人员应深入分析谐波产生的原因及危害，针对性的采取更多的解决措施，以更好的促进电力系统的安全稳定运行，促进我国煤矿企业的可持续发展。