劉浩洋

（中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，河南 平頂山467002）

1 諧波的分類與產生原因

在我國，電力系統(tǒng)中任何工頻頻率不是50Hz的周期信號均為諧波。按照不同的劃分原理，分類如下：① 根據諧波次數的奇偶性來劃分，包括偶次諧波（4、6、8、10… …）和奇次諧波（3、5、7、9、11… …）；② 根據諧波的頻率大小來劃分，包括3次諧波、5次諧波等，其中后者的頻率為基波頻率的5倍；③ 根據諧波的序列來劃分，包括負序諧波、零序諧波與正序諧波〔1〕。諧波的次數與序列關系見表1。

表1 諧波的次數與序列關系

選煤廠電網系統(tǒng)中的諧波污染來源主要包括以下三部分：一是發(fā)電電源質量不高而產生諧波；二是輸配電系統(tǒng)中產生諧波；三是用電設備產生的諧波〔2〕。其中第三方面為諧波產生的最主要原因。選煤廠設備含有大量可能產生諧波電壓和諧波電流的電氣設備，如變頻電機、TBS精礦泵、交直流弧焊機、主廠房合格介質泵、濾液轉排泵、篩分車間原煤分級篩、篩分車間手選輸送泵和浮選精煤壓濾機入料泵等選煤廠電氣設備會在工作中均會產生大量諧波，對選煤廠的電網系統(tǒng)造成污染，是選煤廠電網系統(tǒng)的一大公害。

2 諧波的危害

在煤炭洗選過程中，選煤廠電網系統(tǒng)及系統(tǒng)中的設備受到的諧波污染，使得選煤廠的電力設備、供電線路和用電設備受到危害，存在不穩(wěn)定的安全隱患，主要體現在以下幾個方面。

2.1 對電力設備的危害

（1）電力變壓器。與純基波的正弦波電壓和電流相比較，變壓器受到諧波電壓和電流的影響時，鐵損和負載損耗增加。與此同時，諧波電流會使變壓器某些部件、外殼和外層硅鋼片溫升增加，使變壓器噪聲增大，使用壽命變短。因此，在現在選煤廠設計中，為了減少投資，提高各個環(huán)節(jié)的節(jié)能設計，減少電力系統(tǒng)產生的諧波對變壓器的影響，變壓器應選擇低損耗節(jié)能型，例如：SC9型干式變壓器，具有體積小，便于設備配置，維護方便等優(yōu)點。

（2）電力補償電容器。在諧波電壓的影響下，電容器與供電系統(tǒng)其它部分產生串聯(lián)、并聯(lián)諧振，電容器中的介質損耗會明顯增加，產生額外的功率損耗。由于電容器的電抗和頻率之間是反比例關系，所以即使電網中的高次諧波比例很小，同樣會產生明顯的諧波電流，從而造成補償電容器過電壓和過電流，導致電容器損壞、擊穿或爆炸。電容器是很容易受諧波影響的電子元件，根據相關材料統(tǒng)計顯示，電氣設備的損壞中有80%以上均是由電容器損壞這個因素而導致的〔3〕。

2.2 對供配電線路的危害

（1）影響線路的正常穩(wěn)定運行。供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器一般采用感應式繼電器、電磁式繼電器或晶體管繼電器進行檢測保護，在諧波的作用下，容易造成誤動作、誤觸發(fā)或拒動作的現象。例如變壓器合閘涌流中的諧波分量、大功率設備頻繁起停產生的諧波電流等，這些都會給選煤廠電網系統(tǒng)中的供配電線路造成不必要的供電中斷和損失。

（2）影響電網的質量。受到諧波的影響，選煤廠電力系統(tǒng)中電網的電壓與電流波形更容易發(fā)生畸變。相同頻率的諧波電壓與電流要產生同次諧波的有功功率與無功功率，從而降低電網電壓，浪費電網的容量，嚴重時可能會影響整個公共電網的供電質量。

2.3 對用電設備的危害

（1）電動機。受到諧波電流和電壓的影響，電動機會有附加的銅損和鐵損，造成無功功率增加，從而使電動機效率降低，加速絕緣介質老化，產生機械震動、噪音增大等。因此，在選擇電動機時應考慮這些因素對電機的影響，盡量選擇國內外知名品牌的電機，且電機功率應有一定的余量，來滿足電機能力的提高。

（2）低壓開關設備。由于諧波泄露電流的作用，可能使斷路器、接觸器和電機綜合保護器等低壓元器件異常發(fā)熱，導致元器件電流的承載能力下降，出現誤動作，減少低壓開關設備的使用壽命，嚴重時對人員人身安全造成危害。例如，選擇配電線路中低壓斷路器時應在滿足額定電流、長延時電流、短延時電流及瞬動電流的要求下，進而選取性能可靠，安全性強的斷路器，以減少元器件的誤操作。

（3）通訊、控制和測量系統(tǒng)。由于電力線的諧波電流和諧波電壓會產生感應電磁場，從而降低通信質量，使通信系統(tǒng)無法正常工作。PLC通訊系統(tǒng)及儀器儀表、調度通訊、工業(yè)電視由于自身的信號較弱，受到諧波污染的工作電源必然引起PLC及儀器儀表信號不穩(wěn)定，導致集中控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)不能正常工作〔4〕。因此，選煤廠設計中，要求選擇控制及各種通訊電纜均采用屏蔽電纜，且要求配電電纜和控制、通訊電纜分橋架敷設，即使在一個橋架內敷設，也要求中間用隔板隔開，避免控制、通訊產生的諧波對供電系統(tǒng)的干擾。

3 諧波的防治

3.1 采取有效的技術措施

（1）并聯(lián)調諧濾波器。將由L－C－R電路組成的濾波器并聯(lián)在電網系統(tǒng)上，使選煤廠電網系統(tǒng)的等效阻抗發(fā)生變化。根據L－C－R電路的原理，當電路發(fā)生諧振時阻抗最小，而此時的調諧頻率即為此回路中調諧濾波器工作的最佳狀態(tài)。這時，該支路中存在的大部分諧波電流被調諧濾波器消除，從而抑制諧波對選煤廠電網系統(tǒng)造成的危害。

（2）串接6%容抗的電抗器。在一般的電網系統(tǒng)和諧波容量較小的情況下，通常采用在電網電路中串聯(lián)接入6%容抗電抗器的措施。這可以很好地消除選煤廠電網系統(tǒng)中的諧波污染，保證電容器正常工作，使電路的功率因數得到提高，同時可以使諧波對電網的污染達到諧波防治的規(guī)范要求。在復雜的電網系統(tǒng)和諧波容量較大的情況下，需要分析電網系統(tǒng)和電氣設備的諧波電流耐受水平，滿足條件時才可采用該措施。選煤廠設計中，低壓系統(tǒng)一般采用集中補償，電抗比一般選用6%，選煤廠無功補償原理見圖1。

圖1 選煤廠無功補償原理

（3）移動電網等效阻抗位置。該方法應用的濾波器也是由電容器和電抗器組成，但是與并聯(lián)調諧濾波器和串接6%容抗的電抗器的方法原理不同。它不需要調諧在某個特定諧波頻率，而是改變電網系統(tǒng)的等效阻抗最小值所處頻率軸的位置。按照濾波性征配置的不同，可以滿足不同的分流特性和阻抗特性標準，達到抑制諧波的目的。

此外，選煤廠還應用整流變壓器的聯(lián)結方式采用Dy11型聯(lián)結等技術措施來抑制諧波。

3.2 科學化管理

選煤廠供電管理部門應該結合選煤廠供電系統(tǒng)的實際情況，以提高企業(yè)經濟效益為目標，優(yōu)化產品結構和生產指標，制訂合理的產品結構?？蛇M行選煤工藝管理；重選設備分選效果評定，繪制分配曲線，月綜合煤質資料整理，繪制粒度曲線和可選性曲線；分選指標的預測和優(yōu)化。在出現突發(fā)事件時或根據用戶要求，系統(tǒng)對現場進行實時視頻捕獲，定時、實時錄象。分析現場設備所產生的諧波對系統(tǒng)的影響，以便及時處理。

利用計算機模擬選煤廠生產過程，動態(tài)反映各生產工藝環(huán)節(jié)質量變化情況，確定各作業(yè)最佳工況參數。并可將有關信息反饋給生產控制系統(tǒng)，用于指導選煤廠生產。在采取有力的技術措施基礎上，加強監(jiān)管，不能發(fā)生先污染后治理的現象，應當采取下列措施：① 嚴格審核即將投入電力電子設備的諧波水平，應滿足設備技術規(guī)范，假如設備的諧波水平超過國家標準指標，嚴禁采購并投入使用；② 對已經投入運行的設備采取相應的技術措施，盡可能地減少其產生的諧波污染電網系統(tǒng)。

4 結語

隨著現代社會生活環(huán)境污染問題的加劇，煤炭洗選對于環(huán)境的保護具有越來越重要的意義。在煤炭洗選過程中，選煤廠電網系統(tǒng)所受的諧波污染問題應該受到重視。在治理諧波污染時，應將管理措施和技術措施結合起來，從而達到全面治理的目的，減少投資，做到可持續(xù)發(fā)展。

〔1〕閆小國，孫衛(wèi)東，王 俊 .在有諧波背景的供電系統(tǒng)中進行無功補償的探討〔J〕.煤炭工程，2004，（8）：13－15.

〔2〕仵自連，曹 翾 .電力電網中產生諧波的分析探討〔J〕.煤炭工程，2006，（8）：62－64.

〔3〕李玉峰 .選煤廠電網諧波抑制措施的研究〔J〕.煤礦現代化，2007，（3）：20－21.

〔4〕郜海根 .選煤廠電氣干擾分析及處理〔J〕.煤炭工程，2009，（3）：44－45.