諧波干擾對使用模擬控制方式整流裝置的影響

成金平，吳彬，馮新建，劉國平

（新疆天業(yè)天辰化工有限公司，新疆石河子832000）

諧波干擾對使用模擬控制方式整流裝置的影響

成金平，吳彬，馮新建，劉國平

（新疆天業(yè)天辰化工有限公司，新疆石河子832000）

介紹了諧波對整流控制系統(tǒng)和保護系統(tǒng)的影響。經(jīng)過采取幾種控制方式后，電流監(jiān)控曲線顯示平穩(wěn)。

諧波；整流裝置；影響；控制措施

由于電力電子技術(shù)在電氣設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，以及其他非線性負荷的不斷增加，配電網(wǎng)絡(luò)中的諧波污染問題日益嚴重，已危及電力網(wǎng)和用電設(shè)備的安全和經(jīng)濟運行。諧波問題的分析和綜合治理也日益成為電網(wǎng)工作者廣泛關(guān)注的課題。治理好諧波，不僅能降低電能損耗，而且能延長設(shè)備使用壽命，改善電磁環(huán)境，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。嚴格意義上講，電力網(wǎng)絡(luò)的每個環(huán)節(jié)，包括發(fā)電、輸電、配電、用電都可能產(chǎn)生諧波，其中，產(chǎn)生諧波最多的部分是用電環(huán)節(jié)。交流整流直流用電設(shè)備產(chǎn)生諧波的原因是由于整流設(shè)備有1個閥電壓，在小于閥電壓時，電流為零。這類用電設(shè)備為了提供平穩(wěn)的直流電源，在整流設(shè)備中加入了儲能元件（濾波電容和濾波電感），從而使閥電壓提高，加大了諧波的產(chǎn)生量。為了控制直流用電設(shè)備的電壓和電流，在整流設(shè)備中應(yīng)用了可控硅，這使得該類設(shè)備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數(shù)比較高。

石河子開發(fā)區(qū)天業(yè)化工有限責任公司引進日本旭化成自然循環(huán)離子膜電解槽，一期4臺于2004年11月正式投產(chǎn)，二期5臺于2005年8月投入使用。為提高功率因數(shù)，4臺一拖二整流變壓器構(gòu)成48脈波的運行方式，1臺一拖一的整流變壓器單獨使用6脈波運行方式。離子膜整流裝置為同相逆并聯(lián)晶閘管整流，穩(wěn)流控制器使用HSC6F-2型控制板，保護使用OMRON CH200HE型PLC。平均運行電流為12 000 A。35 kV功率因數(shù)經(jīng)補償后為0.940~0.950。

1 諧波對整流控制系統(tǒng)的影響

從2004年一期運行開始，到2005年11月，多次發(fā)生整流系統(tǒng)電流波動，有時可達3 000 A，干擾嚴重時引起整流裝置丟失脈沖而停車。1號整流變壓器A柜交流母線振動較嚴重。當1號整流變壓器A柜輸出電流調(diào)整到8 000 A左右時，會發(fā)生柜體共振，電流繼續(xù)上升，則共振現(xiàn)象消失。2005年11月，諧波吸收及功率因數(shù)補償裝置投入運行后，整流裝置運行平穩(wěn)，交流母線振動情況基本沒有再發(fā)生。隨著天辰一期40萬t/a PVC項目投產(chǎn)，電石和水泥的擴建，網(wǎng)側(cè)電源質(zhì)量發(fā)生變化，整流單槽電流經(jīng)常會發(fā)生50 A~100 A的波動。通常，持續(xù)幾秒鐘即可恢復(fù)正常的波動，可不用處理，持續(xù)時間較長的波動，可調(diào)換擋位或調(diào)整單槽電流即可解決。在整流穩(wěn)流控制系統(tǒng)附近使用電弧焊機，會由于磁場輻射引起正在運行的整流柜輸出電流大幅波動，應(yīng)盡量避免這種操作。綜上所述，根本的解決方法是將電網(wǎng)并入大網(wǎng)增強抗干擾能力，或重新測量并確定LC諧波吸收裝置參數(shù)以適應(yīng)網(wǎng)上諧波的變化。

2 諧波對整流保護系統(tǒng)的影響

為防止諧波通過控制電源對PLC形成干擾，離子膜電解整流裝置使用了10 kW的UPS電源，單獨給整流穩(wěn)流控制單元供電。為避免PLC輸入信號線引入干擾，信號線全部使用屏蔽軟線并可靠單端接地。運行初期，PLC曾出現(xiàn)多次誤報警，更換相應(yīng)卡件后不久又出現(xiàn)誤報警情況。重做PLC單獨接地和信號線屏蔽層單端接地均不起作用。誤報警內(nèi)容經(jīng)常變化，有時會引起停車，甚至燒毀24 V開關(guān)電源。使用諧波吸收裝置后，故障現(xiàn)象已徹底消失。

3 模擬控制整流系統(tǒng)運行中諧波的控制

針對諧波的產(chǎn)生和傳播的特點，采取相應(yīng)的隔離、補償和減小等措施。在配電網(wǎng)中，主要存在的是3次諧波污染，可以在諧波檢測的基礎(chǔ)上，通過適當加裝濾波設(shè)備來減小諧波注入電網(wǎng)。對于各種電氣設(shè)備的設(shè)計者，在設(shè)計初始，就要考慮其設(shè)備的諧波污染度，將諧波限制在標準允許的范圍內(nèi)。

晶閘管整流裝置本身就是一個諧波源，不僅對電網(wǎng)造成污染，而且相互之間也會有一定的影響，嘗試使用以下方式對諧波加以控制后，取得了較好的效果。

（1）在網(wǎng)側(cè)電源質(zhì)量較好的情況下，運行在合適的控制角，能夠提高功率因數(shù)，減少諧波分量，但控制角太小，抗干擾能力會下降，通常控制在5°左右比較合適。

（2）整流柜自帶的阻容吸收能夠起到一定的作用，但要取得好的運行環(huán)境，通常還要外加諧波吸收及功率因數(shù)補償裝置。諧波的治理主要采用無源濾波裝置和有源濾波器。

a.無源濾波裝置主要采用LC回路，并聯(lián)于系統(tǒng)中。LC回路的設(shè)定，只能針對于某一次諧波，即針對于某一個頻率為低阻抗，使得該頻率流經(jīng)為其設(shè)定的LC回路，達到消除（濾除）某一頻率的諧波的目的。LC回路在濾除諧波的同時，在基波對系統(tǒng)進行無功補償。這種濾波裝置簡單，成本低，但不能濾除干凈，其主要元件為投切開關(guān)、電容器、電抗器以及保護和控制回路。

b.有源電力濾波器。這種濾波器是用電力電子元件產(chǎn)生一個大小相等，但方向相反的諧波電流，用以抵銷網(wǎng)絡(luò)中的諧波電流。這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件，成本高，在其額定功率范圍內(nèi)，原則上能全部濾除干凈。

（3）穩(wěn)流控制柜供電電源如不用UPS，則加裝隔離變壓器或電源濾波器，以減少電源諧波分量對控制線路和PLC的影響。

（4）穩(wěn)流控制柜到控制屏的信號線使用單獨的金屬橋架敷設(shè)，不與使用變頻器的電機負荷線同槽并行，同時橋架可靠接地。

（5）整流控制部分使用單獨接地系統(tǒng)，與設(shè)備接地和電氣設(shè)備接地系統(tǒng)留一定的間距，防止因電氣接地系統(tǒng)引入干擾。

（6）經(jīng)常檢測電網(wǎng)諧波分量，及時對LC諧波吸收和功率因數(shù)補償裝置作出適當調(diào)整。

經(jīng)過以上改進措施，該公司9臺電解槽從2006年運行至今，DCS電流監(jiān)控曲線顯示平穩(wěn)，由于網(wǎng)上大型變壓器投切等操作造成的整流器輸出電流波動范圍也在200 A以內(nèi)，取得了較好的效果。

Influence and control of harmonic interference of analog control mode rectifier

CHENG Jin-ping,WU Bin,FENG Xin-jian,LIU Guo-ping
(Xinjiang Tianye Tianchen Chemical Co.,Ltd.,Shihezi 832000,China)

The influence of harmonic for rectification system and protection system were introduced.The curve of current monitoring was smooth after adopting control measures.

harmonic;rectifier;influence;control measures

TM461

B

1009－1785(2011)01-0005-02

2010-09-20