摘要：就矿井供电系统方面的问题，从高次谐波对煤矿供电系统的危害入手，分析有源滤波治理无功补偿的有效作用，进而阐述无功补偿及消谐装置的应用效果，以期对矿井的供电系统工作做出有益思考。
关键词：无功补偿;消谐装置;供电系统
中图分类号：TD82
Application of Reactive Power Compensation and Harmonic Elimination Devices in Power Supply System of Coal Mines
LI Yi-an, ZHANG Di
(Yuncheng Polytechnic College of Shanxi Province, Yuncheng 044000, Shanxi, China)
Abstract: For the issues of mine power supply system, based on the hazards of the higher harmonic to the power supply system of coal mines, analyzes the effective role of active filter in managing reactive power compensation, and then describes the applied effect of reactive power compensation and harmonic elimination devices, in order to provide useful thinking for the work of power supply system of the mine.
Keywords: reactive power compensation; harmonic elimination device; power supply system
0 引言
煤矿的日产量随着煤矿资源的需求量不断增加，其生产作业过程少不了大型的电动机等大功率电气设备的使用，这些电气设备的使用自然会带来巨大的电动机消耗，统计发现，在煤炭的全年生产中，有超过一半以上的电能是来自这些电动机[1]。需要特别提到的是，在煤矿的供电系统中，大部分情况都存在着非线性感性负载的情况，这个时候，如果我们不能采取适当的无功率补偿措施，会降低整个供电系统的功率，而且设备的运行过程中，必然会产生一定的谐波污染，这些谐波污染不仅会给供电功率带来更负面的影响，还会导致电压的畸变。这些问题的出现带来的能源浪费不可小觑，更严重的是会降低供电水平，影响煤炭作业的生产安全。
上面我们提到的无功补偿技术，是在煤矿供电系统中非常成熟，也是非常常见的一种技术，主要是应用在供电系统的节能减排中，可以最大限度地将单位电能利用起来[2]。但是在实际的煤炭供电系统中，这种技术的应用也需要提高，直接影响到了供电质量，进而给整个煤炭生产带来损失。因此，我们需要在无功补偿技术上多做思考和改进，将煤矿供电系统发挥起来，来保证大型电气设备的运行。下面从三个主要方面就这个问题进行分析。
1 高次谐波对煤矿供电系统的危害
在煤炭的供电系统中，往往会由于非线性负荷容量的增加而产生高次谐波，这些谐波的产生会影响到供电系统的正常运行，会产生电压的畸变，这些畸变直接影响到供电质量，也就无法满足大型电气设备的用电需要。这时候所需要用到的无功补偿装置，常常是由安装在电容器柜中的补偿电容器构成的，这些电容器容量的计算是由系统固定的，一般情况下是根据处于基波频率条件下所需的无功功率来获得。在这个过程中，会产生的大量的并联高次谐波。其电流量甚至超过了基波电流的几十倍，如此强大的高次谐波，会导致电压的畸变，造成无功补偿装置的补偿启用，进入一种非良性的补偿循环中。针对这个问题，我们可以在补偿电容器中安装如下图1所示的装置，来缓解高次谐波给供电系统带来的危害。具体的装置图1如下。
安装了图1中的无功补偿及消谐装置后，会让原来单一容器的容抗特性转换为感抗特性，这种转变带来的变化是明显的，会使得原来无功补偿装对高次谐波的放大消失，让供电系统得到净化，保证大功率的电气供电设备的正常使用和运行，从而提高整个煤炭作业的生产效率。
2 有源滤波治理无功补偿的具体技术分析
无功补偿装置及消谐装置在煤矿供电系统的应用，主要从有源滤波治理无功补偿的角度入手阐述。无功补偿装置主要是由电容器组成的，在补偿电力容器时，是要通过配电网进行切投，不过由于其设备本身并不具有抗谐波的能力，非常容易受到系统中非线性感性负载的影响而产生谐振[3]。这些在电容器内部形成的谐振，基本上超过了额定电流的数倍，如此强大的谐振电流对电容器本身会造成很负面的影响，甚至会产生损毁的情况。同时需要提到的是，这些谐振电流也会导致无功补偿柜中的其它设备原件过热，进而导致原件和设备的烧毁，给生产安全和生产质量带来巨大的影响。针对这个问题，在煤矿供电系统的无功补偿中，需要首先解决谐波带来的谐振过大的情况，对其控制是至关重要的，具体的方案如下图2。
在煤矿的供电系统中，针对谐振过大的问题一般采取清波的方案，而清波治理无功补偿主要包括了有源滤波治理无功补偿和无源滤波治理无功补偿两种方案。其中，有源滤波治理无功补偿方案的局限性是很大的，对施用的设备也有很高的要求，要求设备功率比较小，谐振污染也要比较小，比如一些精密仪器和通信设备等，但是这个方案运用在这些设备上的成本比较大[4]，在煤矿开采和挖掘作业中，大多数是功率巨大的电气设备，且谐振污染很大，在这样的系统中，是很难发挥其应有的作用的。
而无源滤波治理无功补偿方案则比有源滤波治理方案运用广泛，从上图2中我们可以看出，自动控制器经过内部的DSP数据处理单元分析处理判断系统需要进行无功补偿时，其容器内部会有一套动态的命令来控制K1-K4电容器开关，与所需的无功补偿是相应的，所形成的电容器的切投也是相应的，这样，不仅完成了供电系统的无功补偿，还解决谐振波问题，达到一个滤波的功能，对于整个供电系统的运行都有十分重要的作用[5]。另外，无源滤波治理无功补偿及消谐装置的无功补偿作用有针对性，特别是对于会产生较大波含量的电气设备的补偿作用比较好，从图2中可以看出，这种无功补偿作用的形成，主要是通过连接电感，同时并联电容之间的匹配，使得谐波所经的并联低阻力，形成了一条低阻通道，为滤波电流展开通道，将谐波电流的流入降低到最小，完成无功补偿的动态运行。
3 无功补偿及消谐装置的应用效果
通过上文的具体技术分析，我们了解到无功补偿及消谐装置的应用，其应用效果可以说是十分明显的，一方面，这种应用可以提高煤矿供电系统的供电功率，提高其负载电能的功率，另一方面，还可以大大降低相应系统的能耗，将配电电压稳定在一定的数值之内，从而提高整个供电系统的供电质量。同时，这种无功补偿及消谐装置，会减少有功功率对配电系统带来的不良影响，减少冲击，也就能够保证大型电气设备的用电需求，使得整体的煤矿供电系统有效运行。
4 结语
上文中我们提到的无功补偿及消谐装置，一般来讲是针对大型煤矿电气设备所进行的无功补偿，一方面是对煤矿中的配电系统的补偿，另一方面也可以解决供电系统中的谐波过大问题，给大型电气设备的运行提供一个良好的环境。从上文中的技术分析中我们可以理解，无功补偿及消谐装置的运用，是可以有效地减少高次谐波的产生，可以减少高次谐波给供电系统带来的冲击，进而也就减少了系统过热等问题，延长电气设备的使用寿命，需要特别提到的是，这种技术的应用，对于节能减排的作用也是非常有效和明显的，降低了单位煤炭的生产成本，起到了一个减少消耗的作用。总结来讲，就矿井供电系统方面的问题，从高次谐波对煤矿供电系统的危害入手，分析了有源滤波治理无功补偿的有效作用，进而对无功补偿及消谐装置的应用效果进行了阐述，希望对实际工作中的煤矿供电系统的改善提出有益的思考。
参考文献：
[1]王兆安,杨君,刘进军,等.谐波抑制和无功补偿技术[M].北京:机械工业出版社,2011.
[2]陈莉.机械制造企业谐波治理与无功补偿综合解决方案[J].电力需求侧管理,2010,11(I):48-49.
[3]吴梦杰.玻璃工厂供电系统设计中的谐波治理[J].继电器,2012,34(19):83-84.
[4]郑哑伟,王静.煤炭企业变电站高压无功自动补偿装置的研究[J].河北煤炭,2012(06):38-39.
[5]冯冰艳.提高功率因数的意义和方法[J].煤炭技术,2010,28(11):34-36.
原标题：无功补偿及消谐装置在煤矿供电系统中的应用
