小屯矿6kV电网谐波污染治理技术实施方案

丁增林

（邯郸市瑞达工程设计有限公司，河北省邯郸市，056001）

小屯矿6kV电网谐波污染治理技术实施方案

丁增林

（邯郸市瑞达工程设计有限公司，河北省邯郸市，056001）

对小屯矿6kV电网谐波治理的必要性、可行性及经济效益进行了分析，提出了谐波治理方案，介绍了治理方案所需的主要设备。

电网谐波 必要性 可行性 经济效益 治理方案

1 现状

冀中能源峰峰集团有限公司小屯矿位于河北省邯郸市峰峰矿区东北部，矿井井田西到西南部与薛村矿井田毗邻；东到南部与羊渠河矿羊东井田相邻；西南部与牛儿庄矿井田相邻；北部与大淑村矿井田毗邻；东部以坐标连线为界，为深部未采区。井田走向长3700m，倾斜长5200m，井田面积8.4km2。

小屯矿1958年投产，原设计生产能力0.21 Mt／a，1987年小屯矿改扩建，生产能力扩至0.6 Mt／a，2006年矿井核定生产能力为0.8Mt／a。经过几十年的开采，小屯矿矿井生产格局发生了巨大变化，＋41m水平、－50m水平、－190m水平已基本采完，目前矿井生产已转移到－300m水平。

根据小屯矿生产通信和信号装置使用情况的直观反映，该矿行政与生产调度通信噪音干扰严重，影响通信质量，井下部分地区的人车感应信号、轨道绞车信号及其它通讯信号常受到干扰、中断，有时甚至无法正常工作，成为安全生产的隐患。杭州银湖公司对小屯矿变电站主变压器6kV母线侧的测试结果显示：5次谐波电流最大实测值为43.3A（基准短路容量100MVA），5次谐波电压畸变率为THD5为4.1%；7次谐波电流最大实测值为48.4A（基准短路容量100MVA），7谐波电压畸变率THD7为10.2%。超过国标电能质量公用电网谐波GB／T 14549－1993（相对于基准短路容量100MVA、6kV电网规定5次谐波电流允许值34A，7次谐波电流允许值24A）规定的注入公共联接点的谐波电流允许值，7次谐波电流严重超限。

2 电网谐波治理的必要性、可行性及经济效益

2.1 必要性

电网谐波超限可以使电能质量受到污染、供电质量下降、附加损失增加、传输能力下降；可以使变压器和电动机的铁芯涡流损耗增加、温度上升、绝缘加速老化、效率和利用率降低、使用寿命缩短。在谐波电流的作用下，电容器会产生额外的功率损耗，绝缘介质加快老化。谐波电流超限严重时，流过三相中性线的电流大量增加使线路过热甚至发生火灾。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电流，这使得电容器和电缆等设备过热、绝缘老化、缩短寿命以至损坏，进而使通讯线路产生严重噪声。因此，为保证小屯矿通讯和监测线路正常可靠、电气设备完好运转、提高供电质量，以及保证安全生产，有必要对小屯矿6kV电网谐波污染进行治理。

2.2 可行性

高压电网谐波的产生源主要是电力系统中存在各种非线性元器件。产生谐波的元器件有很多，如：变压器、变频器、各种灯具、电焊机等，这些都是产生谐波源的元器件。治理电网谐波首先应该确定产生谐波源的主要部件，然后根据实际情况进行加设滤波器进行谐波调谐抑制，使之发生串联谐振，从而削除谐波的危害。抑制高次谐波技术采用的办法是电源滤波、屏蔽及减少开关电源本身干扰能量。电源滤波器可以阻止电网中的干扰进入开关电源，也可以阻止开关电源的干扰进入电网；屏蔽技术可以有效地防止向外辐射干扰；减少开关电源本身干扰，利用改善线圈绕制工艺，确保绕组之间紧密耦合以减少变压器漏感，还可以在高频整流二极管上串入抗饱和磁芯线圈，利用流过反向电流时因磁芯不饱和而产生的较大电势阻止反向电流上升。所以电网谐波污染治理从技术上是可行的。

2.3 经济效益

小屯矿作为集团公司谐波治理试点，购置了一套谐波吸收和无功补偿一体化结构的MCR型高压动态无功补偿装置（SVC），通过切换可分别投到两段6kV主母线上。变电站现有固定补偿电容器保留，作为新装置检修和故障时的备用补偿。

从功耗指标分析，MSC型可以忽略不计，而TCR型和MCR型的自身功耗每年折合电费约5～6万元。但TCR和MCR可将功率因数稳定在0.95以上，以小屯矿－600m水平延深改扩建后平均负荷7800kW计算，每年可减少电费支出40多万元，而MSC的功率因数是随无功负荷波动的，平均以0.93计。上述减耗不包括由于功率因数的提高使线路、主变压器传输损耗电费的减少和功率因数调整电费的减少。

3 谐波治理方案

综合谐波滤波和功率因数补偿谐波治理方案提出了3种技术方案：（1）机械投切电容器无功补偿装置（MSC型SVC）＋谐波滤波支路；（2）磁控电抗器动态无功补偿装置（MCR型SVC）；（3）晶闸管控制电抗器型动态无功补偿装置（TCR型SVC）。

根据小屯矿现场测试，5次、7次谐波指标超标，需要加装滤波支路。由于滤波支路同时具有容性无功补偿功率作用（约2000kVar），MSC型SVC联用会大大减少MSC型SVC的动态范围，甚至在低负荷时发生功率因数过补偿，二者技术相容性较差。而MCR型SVC、TCR型SVC与谐波滤波支路系本质一体化装置，技术完全相容，使功率因数补偿与谐波滤波互不影响又互为兼顾。它们的另一大技术优势是可连续快速调节补偿量，有效抑制电压闪变，使功率因数稳定在设定值（例如0.95或以上）上。

至于MCR型SVC和TCR型SVC，二者技术性能相当，但TCR型SVC价格高于MCR型SVC，其数十只晶闸管工作于高电压、大电流工况，损坏概率高，动态损耗大，需设专门的纯水冷却系统解决散热，因而运行维护费用较高。

4 方案主要设备

采用谐波滤波支路与MCR型SVC磁控式动态无功补偿装置，主要包含谐波滤波和MCR磁控式动态补偿两部分，主要设备有MCR型动态无功补偿装置1套、5次滤波支路1套、7次滤波支路1套（支路数量按5次、7次考虑）。

设备安装需在小屯变电站6kV室增加2台6kV GG1A－Z07出线柜，增加电缆360m。土建部分需在小屯变电站建一座5.7m×13m×4.5m谐波治理配电室。

[1] 孙学军.基于开放式结构的煤矿电网实时预警系统的设计与实现[J].中国煤炭，2011（8）

[1] 朱全印，高保卫.煤矿电网监测监控系统的设计与应用[J].中国煤炭，2009（9）

Implement measures of harmonic pollution treatment of 6 kV power grid in Xiaotun coal mine

Ding Zenglin

（Ruida Engineering Design Co.，Ltd.，Handan，Hebei 056001，China）

The necessity，feasibility and economic benefits of power grid harmonic pollution elimination in Xiaotun coal mine was analyzed，and the implement measures and the required main facilities were proposed.

power grid harmonic wave，necessity，feasibility，economic benefit，implement measure

TD612

B

丁增林（1962－），男，电气工程师，现任职于河北省邯郸市瑞达工程设计有限公司。

（责任编辑 张艳华）