連鑄機(jī)諧波治理探析

【摘要】在煉鋼廠中，連鑄機(jī)系統(tǒng)常常會產(chǎn)生很大的諧波，從而出現(xiàn)斷路器的無故跳閘和通訊中斷等現(xiàn)象。對其具體原因進(jìn)行分析，是因為系統(tǒng)中的電流諧波過大。為了有效治理連鑄機(jī)系統(tǒng)中的諧波，需要根據(jù)實際情況設(shè)計合理的濾波器，假設(shè)采用的是無源濾波器，在使用時會由于移鋼機(jī)較快的負(fù)荷變化而失去濾除諧波的作用。近年來，有源電力濾波器得到了大力發(fā)展，將其運用于連鑄機(jī)的諧波治理能夠達(dá)到響應(yīng)速度快，濾除諧波效果好的目的。本文即對此展開研究。

【關(guān)鍵詞】連鑄機(jī)；諧波；有源電力濾波器

引言

某鋼鐵股份有限公司煉鋼廠中有數(shù)臺連鑄機(jī)，其年生產(chǎn)量高達(dá)上百萬噸，在國內(nèi)煉鋼廠中屬效率較高者。根據(jù)連鑄機(jī)生產(chǎn)和工藝要求，通常將電動機(jī)作為低壓配電系統(tǒng)中的傳動設(shè)備，對其進(jìn)行控制采用的是變頻器驅(qū)動。在實際生產(chǎn)過程中，常常會出現(xiàn)斷路器跳閘以及通訊中斷等問題，極大的影響了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，使得整個管理陷入困境。通過對數(shù)據(jù)的測試和分析，發(fā)現(xiàn)造成這種問題的根源在于諧波電流過大。因此，如何減小諧波電流成為工作重點，本文將重點研究有源電力濾波器在連鑄機(jī)諧波治理中的運用。相應(yīng)的實踐也表明，有源電力濾波器的使用極大的抑制了諧波電流，有效的防止了斷路器跳閘和通訊中斷等問題的出現(xiàn)。

1、故障現(xiàn)象分析

在未投入使用有源電力濾波器時，首先對三相負(fù)荷電流的波形及其諧波畸變率進(jìn)行測試，可知負(fù)荷電流中的諧波主要是5、7次諧波，其中，5次電流諧波的畸變率達(dá)到了35%；7次電流諧波的畸變率為12%。隨后對三相系統(tǒng)的電壓波形及其畸變率進(jìn)行測試，可知其電壓諧波畸變率為2.5%。我國國標(biāo)中規(guī)定的波形畸變率為5%以下，當(dāng)畸變率超出5%將會給系統(tǒng)和設(shè)備造成較大威脅。以上測試表明，連鑄機(jī)系統(tǒng)中的電流諧波畸變率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我國國標(biāo)要求的范圍，其造成的直接后果是電力設(shè)備的絕緣老化速度加劇，對通信造成干擾，繼電保護(hù)裝置有可能出現(xiàn)誤動或是拒動，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)有諧振現(xiàn)象，諧波含量被放大等。

2、無源濾波器效果分析

通常情況下，無源濾波器是由電阻、電感以及電容等無源元件按照一定的規(guī)律連接而成的，它屬于無源網(wǎng)絡(luò)[1]。無源濾波器能夠?qū)Ω蓴_信號進(jìn)行衰減和抑制。將無源濾波器裝設(shè)在諧波附近可以抑制諧波。常見的無源濾波器是調(diào)諧濾波器，這種濾波器的電抗率偏離調(diào)諧頻率在10%以內(nèi)，如：對于3次諧波來說，電抗率小于1.21，調(diào)諧頻率可以選擇為13%；對于5次諧波來說，調(diào)諧頻率可以選擇為15%。在連鑄機(jī)系統(tǒng)的諧波治理中，根據(jù)上文測試的結(jié)果以及從實際成本角度考慮，公司原設(shè)計采用無源濾波器進(jìn)行諧波抑制，在將無源濾波器投入使用后發(fā)現(xiàn)，連鑄機(jī)系統(tǒng)中負(fù)載電流具有變化快，諧波成分十分復(fù)雜的特點，無源濾波器不能滿足諧波抑制的要求。另外，在有些頻段內(nèi)，諧波電流甚至被放大，不僅無法起到諧波消除的作用，反而起了負(fù)作用。

對此，有人提出對電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，盡量減小其產(chǎn)生的諧波并將功率因數(shù)控制為1。但就連鑄機(jī)系統(tǒng)來說，為了滿足其工藝和生產(chǎn)的要求，需要采用變頻器作為傳動驅(qū)動設(shè)備，變頻器是重要的諧波源，對變頻器本身進(jìn)行改造以實現(xiàn)諧波的消除需要投入大量的人力和物力，需要成立專門的研究團(tuán)隊，在實際操作中基本上是不可能實現(xiàn)的[2]。

3、有源電力濾波器的使用

將有源電力濾波器裝設(shè)在系統(tǒng)中實現(xiàn)諧波補償。對有源電力濾波器的工作原理進(jìn)行分析，圖1給出了其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。其中，Vs表示交流電源，諧波電源當(dāng)成負(fù)載，負(fù)載能夠產(chǎn)生相應(yīng)的諧波。有源電力濾波器的組成包括兩大部分：指令運算電路以及補償電流發(fā)生電路，其中，前者的主要功能是對補償對象中的諧波以及無功分量進(jìn)行檢測；后者包括：電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路三個部分。其功能是根據(jù)前者得出的補償指令信號產(chǎn)生相應(yīng)的補償電流，從而保證電網(wǎng)中的電流只存在基波分量[3]。

有源電力濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)對諧波的實時跟蹤補償，即使諧波的頻率以及幅值都隨時間的變化而變化，這種補償依然是有效的，另外，有源電力濾波器的補償特點不會受到電網(wǎng)阻抗的影響。近年來，有源電力濾波器得到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，在日本等國家得到了普遍應(yīng)用[4]。在本文中，為連鑄機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的有源電路濾波器使用方案如圖2所示。

4、諧波治理效果分析

在連鑄機(jī)系統(tǒng)中存在一些斷續(xù)工作的負(fù)載，如：移鋼車等，所以，系統(tǒng)無可避免的會出現(xiàn)一些波動，對比使用有源電力慮波器前后電流的諧波畸變率，如表1所示。

有源電力濾波器投入使用前，電流波形失真情況十分嚴(yán)重，電流畸變率高達(dá)38%，其中5次和7次諧波含量較大；投入使用有源電力濾波器后，電流波形得到了較好的校正，其畸變率下降為4.3%，5次和7次諧波基本被消除，實現(xiàn)了88%的諧波抑制率。在連鑄機(jī)系統(tǒng)中，負(fù)載電流的變化速度較快，在這種情況下，有源電力濾波器依然能夠?qū)崟r的對負(fù)載電流的變化情況進(jìn)行檢測，并將補償電流反饋到電網(wǎng)中。這不僅說明濾波器的響應(yīng)效果好，同時也反映出其消除諧波的能力強(qiáng)。公司自使用有源電力濾波器后，斷路器無故跳閘和通訊中斷的現(xiàn)象再也沒有出現(xiàn)過。

5、結(jié)語

本文對連鑄機(jī)中諧波的治理進(jìn)行了研究，該公司自使用有源電力濾波器之后，連鑄機(jī)系統(tǒng)能夠適應(yīng)較快的負(fù)載變化。供電系統(tǒng)中非線性負(fù)載的使用造成的諧波能夠被有源電力濾波器較好的衰減掉，很好的解決了當(dāng)前存在的斷路器無故跳閘和通訊中斷問題，對于電網(wǎng)質(zhì)量的改善來說也有較大幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]肖湘寧，徐永海，劉昊等.混合型有源電力補償技術(shù)與實驗研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，26（5）：39-44.

[2]阿里拉加 J，布萊德勒 D A，伯德格爾 P S.電力系統(tǒng)諧波.容建綱等譯.華中理工大學(xué)出版社，1994 年第 1 版.

[3]周新，卓放，裴云慶等.120 kVA并聯(lián)型有源電力濾波器的研制[J].電氣自動化，2002，24（8）：5-8.

[4]GB/T 14549-93，電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

作者簡介

龐伍德（1983.10- ）：男，漢族，河北省故城縣人，大學(xué)本科學(xué)歷，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，機(jī)電工程助理工程師，主要從事煉鋼電氣自動化（PLC、變頻、低壓電氣系統(tǒng)）專業(yè)工作。