大紅山銅礦豎井提升機(jī)直流傳動(dòng)系統(tǒng)諧波評(píng)估

師進(jìn)昌

(云銅礦山研究院，云南 昆明 650051)

0 引 言

大紅山銅礦箕斗豎井設(shè)計(jì)提升機(jī)為4.5 m×6多繩摩擦輪提升機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率2×2 500 kW，直聯(lián)電機(jī)轉(zhuǎn)速54 r/min，箕斗運(yùn)行最大速度12.7 m/s。提升機(jī)傳動(dòng)方式采用直流傳動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)在交流變直流產(chǎn)生了大量諧波，該文針對(duì)大紅山銅礦箕斗豎井提升系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行估算分析，在此基礎(chǔ)上，采用了降低諧波電流的措施。由于大功率的提升直流傳動(dòng)在國(guó)內(nèi)礦山使用并不廣泛，產(chǎn)生的高次諧波電流對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行以及電網(wǎng)的質(zhì)量影響都比較大，因此需研究礦山提升系統(tǒng)電控系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生特點(diǎn)以及諧波處理的方法。

1 箕斗豎井提升傳動(dòng)系統(tǒng)及主要參數(shù)

大紅山銅礦箕斗豎井提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)配置見圖1。

圖1 箕斗豎井提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)配置圖

主要參數(shù)如下：

1.1 直流電動(dòng)機(jī)

單臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)功率：2 500 kW，電機(jī)額定電壓900 V，電樞額定電流3 060 A。

1.2 整流裝置

整流裝置為ABB公司生產(chǎn)的ABB DCS800-S02-4000-10。

1.3 整流變壓器

整流變壓器一次側(cè)額定電壓6 kV，二次額定電壓U2=870 V，整流變壓器容量4 000 kVA，2臺(tái)整流變壓器接線組別分別為D.y11及D.d0，變壓器短路阻抗Uk%=7

2 直流傳動(dòng)系統(tǒng)諧波估算

2.1 單臺(tái)整流機(jī)組6脈波整流諧波計(jì)算

整流變壓器二次額定電流：I2=IDK2

式中：

ID—電樞額定電流；

K2—系數(shù)，對(duì)于三相橋式電路K2為0.816；

I2=0.816×3 060A=2 497A

整流變壓器二次容量：

諧波電流與基波電流比例系數(shù)：

Kn與整流角a、換向角γ有關(guān)。

相控深度(1-cosa)對(duì)諧波含量的影響是通過整流角a對(duì)換向角的影響而達(dá)到的。在一定的換向電流和負(fù)載電流下，當(dāng)a增大時(shí)，γ急劇減小，從而諧波電流急劇增大。但在深控情況下，a角的變化對(duì)γ角的影響很小，因而對(duì)諧波含量的影響也小。

整流器輸出特性表達(dá)式為：

式中：

Ud0—全導(dǎo)通時(shí)理想直流空載電壓平均值；

Ud0=1.35U2=1.35×870V=1 174.5V

C—斜率系數(shù)，三相橋式電路C=0.5

X*H—換向電抗X*H=X*x+X*B；

X*x—以變壓器為基準(zhǔn)的系統(tǒng)電抗標(biāo)么值

X*B—整流變壓器的短路電抗0.06

Ud=Udo[COSa-0.5×(0.0.45+0.06)

=Udo(COSa-0.0525)]

計(jì)算換向角γ

COSa-COS(a+γ)=2×0.0525=0.105

COS(a+γ)=COSa-0.105=0.714

γ=44.4-35=9.4

由a=35，γ=9.4，經(jīng)計(jì)算得：

K5=0.194，K7=0.135，K11=0.079，K13=0.063，K17=0.042，K19=0.034

按照基波電流I1=362 A及諧波電流系數(shù)Kn求出各次諧波電流值：

I5=70.4 A；I7=48.93 A；I11=28.64 A；I13=22.88 A；I17=15.06A；I19=12.25 A

2.2 2臺(tái)整流機(jī)組等效12脈波整流諧波計(jì)算

為了減少諧波電流，2臺(tái)機(jī)組組成等效12脈波整流電路，為此兩臺(tái)整流變壓器接線組別分別為D.y11及D.d0。

2臺(tái)機(jī)組組成等效12脈波整流電路后，5次、7次、17次及19次諧波電流相差180，相互抵消。但考慮2臺(tái)機(jī)組諧波電流不完全對(duì)稱，還存在一定量的非特征諧波電流，工程計(jì)算時(shí)可以取15 %～20 %的殘留諧波電流，如殘留系數(shù)取20 %。

2臺(tái)機(jī)組產(chǎn)生的諧波電流如下：

I5=14.08 A；I7=9.786 A；I11=57.28 A；I13=45.76 A；I17=3.012 A；I19=2.451 A

計(jì)算6kV母線電壓總諧波畸變率THDU

系統(tǒng)基波電抗取系統(tǒng)短路電抗

式中：

Uj—系統(tǒng)電壓平均值6.3 kV

Sd—系統(tǒng)短路容量88 MVA

相應(yīng)數(shù)值代入上式，計(jì)算出電壓總諧波畸變率：

計(jì)算結(jié)果表明，6 kV母線電壓總諧波畸變率大于《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的3.2 %限值，必須進(jìn)行諧波治理。

對(duì)諧波電流分析發(fā)現(xiàn)，11次及13次諧波電流特別大，為滿足國(guó)標(biāo)要求，必須對(duì)11次及13次諧波電流進(jìn)行治理。

2.3 裝設(shè)11次、13次諧波濾波電路后的諧波水平

提升系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行下，直流傳動(dòng)系統(tǒng)的自然功率因數(shù)0.73，為了滿足功率因數(shù)大于0.9的要求，在6 kV母線上設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，無功補(bǔ)償裝置由±2 000 kVAr的SVG及兩回1 000 kVAr固定補(bǔ)償支路組成，無功補(bǔ)償容量0～4 000 kVAr。

固定補(bǔ)償支路設(shè)計(jì)為11次、13次濾波回路。

大紅山銅礦箕斗豎井提升系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)濾波電路投入運(yùn)行后，2018年3月，根據(jù)諧波記錄儀的記錄數(shù)據(jù)，提升系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流如下：

I5=12.58 A；I7=8.76 A；I11=4.31 A；I13=4.34 A；I17=2.02 A；I19=2.35 A

按此數(shù)值計(jì)算電壓總諧波畸變率：

3 結(jié) 語

大紅山銅礦箕斗豎井直流提升系統(tǒng)，投運(yùn)后電控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，整流裝置產(chǎn)生的諧波電流與理論計(jì)算數(shù)據(jù)很接近，按照理論數(shù)據(jù)進(jìn)行的諧波治理了方案，經(jīng)過對(duì)諧波電流加11次、13次濾波電路裝置后，電壓總畸變率小于《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的3.2 %限值，滿足規(guī)定的使用要求。