谐波对煤矿用电设备的危害及其治理
摘要 谐波对煤矿供电系统及电气设备的影响直接危及煤矿企业的安全生产，其主要表现为引起电气设备和输电线路附加损耗和发热，效率降低，缩短使用寿命，甚至损坏，降低继电保护、控制以及检测装置的工作精度和可靠性等。研究分析谐波产生的原因及其造成的危害，以及研究制定抑制谐波的措施具有重要的现实意义。
关键词 谐波；供电系统；治理
中图分类号 TM72 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0232-02
1 概述
煤矿作为高危行业，为保障安全生产，对各项工作都有严格要求和标准。按照国家法规、和标准、规程等落实各项系统保障工作后，随着整个系统的投入运行，在运转过程中又会不断产生各种新的不安全因素，谐波就是一种。一般情况，电力供应提供的是正弦波形的电压，电力输入矿区后，由于供电系统中存在的各种非线性负荷的影响，使电压的波形偏离正弦波形产生谐波，这些频率为基波频率整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。谐波的存在，对在运转中的煤矿造成了危害，其表现为引起电动机、变压器和电容器等附加损耗和发热，效率降低，绝缘加速老化，缩短设备的使用寿命，损坏降低继电保护装置、控制装置、检测装置的工作精度和可靠性，干扰通信线路，甚至引发并联或串联谐振，损坏电气设备等。因此，对于煤矿企业，研究分析谐波产生的原因及其造成的危害、研究制定抑制谐波的措施具有重要的现实意义。
2 煤矿企业供电系统谐波的产生 在煤矿企业传输、转换和使用电力的各个环节中都会产生谐波，通过分析归纳，谐波的产生主要来自具有下列特性的设备：
1）具有铁磁饱和特性的铁芯设备，如井上、下各种电力变压器、箱变、电抗器、接触器、合闸线圈、镇流器、测试仪表等。
2）以强烈非线性特性电弧为工作介质的设备，如交流电焊机、气体放电灯等。
3）以电力电子元件为基础的各种开关电源设备，如高压变频器、低压变频器、电机车充电机、整流器、逆变器、矿井提升系统中具有相控调速和调压装置的设备、大容量的电力晶闸管可控开关设备等。
4）以晶闸管电路供电的直流提升机、交-交变频装置、直流传动装置、晶闸管串级调速的电动机等。
另外，企业办公、生活电器如激光打印机、绘图仪、复印机、电脑、电视机、空调器、洗衣机、微波炉、通讯设备、节能灯、烤箱等都会产生各次谐波。随着煤矿企业各项生产和管理工作的发展，不断增置使用的各类电力电子设备都在源源不断的向供电系统提供着谐波，增添新的谐波源。
3 谐波对煤矿企业供电系统及用电设备的影响
煤矿企业不得不使用的各类设备向供电系统注入的谐波电流，使得谐波问题日渐突出，不但使系统中的设备不能正常工作，甚至造成某些设备故障，严重威胁生产安全，因此必须高度关注谐波问题。谐波对供电系统及用电设备的影响和危害主要表现如下：
3.1 对输配电及用电设备的影响和危害 3.1.1 对输电线路的影响
输电线路的电阻随频率的升高而增加，因集肤效应，谐波电流使输电线路的附加损耗增加，线损增大，还可导致中性线过载。输电线路上分布的线路电感和对地电容与产生谐波的设备形成串联或并联回路时，在一定参数下会发生串联或并联谐振，而并联谐振对相关设备有较大危害性。当谐波频率位于网络谐振点的谐振区内时，会激励电感、电容产生部分谐振，形成谐波放大，造成很大的谐波损耗，使电缆发热、缩短绝缘寿命，且极易导致绝缘击穿引起短路、火灾，以及保护装置误动、设备损坏等。
3.1.2 对继电保护和自动装置的影响
谐波会引起变压器复合电压启动过电流保护装置，负序电压元件误动，母线差动保护的负序电压闭锁元件误动，以及线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器等误动，整流型和晶体管型继电器对谐波也较为敏感，严重威胁供电系统运行安全。
3.1.3 对开关设备的影响
谐波电流使开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率，使暂态恢复峰值电压增大，破坏绝缘，还会引起开关误动。全电磁型断路器易受谐波电流影响使铁耗增大而发热，由于对电磁铁及涡流的影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；当系统中含有大量谐波电流使电流过零点处的di/dt比基波电流时增大很多时，会降低热磁型断路器的分断能力，并加重接触器触头的烧蚀；谐波还会降低电子型断路器的额定电流，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。
谐波电流能造成漏电断路器异常发热，出现误动作或不动作；能使电磁接触器磁体部件温升增大，影响接点，线圈温度升高使额定电流降低；也会使热继电器额定电流降低；干扰变频装置、软启动器等设备的控制系统，严重时可使可控硅装置不能正常运行；对于采用晶闸管的变速装置，会使晶闸管误动作或使控制回路误触发。
3.1.4 对变压器的影响
谐波电流使变压器的铜耗增加，尤其3次及其倍数次谐波会在三角形连接的绕组中形成环流，导致绕组过热；使变压器的铁耗增大，主要是增加磁滞损耗，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大；对全星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布电容较大或装有中性点接地的并联电容器时，易形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。总之，谐波会使电力变压器减少实际使用容量，加速绝缘老化，增加噪音。
3.1.5 对电动机的影响
谐波会使电动机产生显著的脉冲转矩和噪音，可能出现电机转轴扭曲振动，造成机械疲劳。当谐波频率接近某零件固有频率时会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。频率越高使铁芯和绕组中产生的附加损耗会越大，严重时使电动机过热。按电机能承受的谐波电压折算成等值基波负序电压来考虑，在额定出力下持续承受为3%额定电压的负序电压时，将使绝缘寿命减半。负序谐波产生的负序旋转磁场，形成与电机旋转相反的转矩，起制动作用，将降低电动机的出力。
3.1.6 对电力电容器的影响
