除塵器高頻電源回路串聯(lián)電抗器抑制諧波分析

吳長波

（國能寶清煤電化有限公司，黑龍江 雙鴨山 155600）

靜電除塵器高頻電源使用大功率開關(guān)電源非線性元器件，工作中產(chǎn)生奇次電流諧波，使除塵380 V低壓設(shè)備工作時(shí)發(fā)熱量增大，曾導(dǎo)致電除塵振打加熱器柜元器件溫度過高，發(fā)生2次不明原因的著火。

要想減小諧波影響，應(yīng)首先對(duì)諧波源采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，并根據(jù)諧波大小、措施經(jīng)濟(jì)性等綜合比較確定方案。對(duì)于基準(zhǔn)短路容量為10 MVA低壓電網(wǎng)，根據(jù)GB/T 14549—1993標(biāo)準(zhǔn)：380 V低壓電網(wǎng)各次電壓奇次諧波含有率不大于4%；注入電網(wǎng)的諧波電流允許值不大于62 A（3次）、不大于62 A（5次）、不大于44 A（7次），這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電網(wǎng)諧波電壓控制在允許范圍之內(nèi)，使接在電網(wǎng)中的電氣設(shè)備免受諧波干擾。為降低改造費(fèi)用，本次通過在一次電源回路中串聯(lián)干式電抗器，使諧波源產(chǎn)生的諧波電流減小，降低注入電網(wǎng)諧波電流幅值、降低諧波對(duì)周邊電氣設(shè)備的干擾。

三相交流電源經(jīng)電抗器產(chǎn)生電壓降，具有抑制電流高次諧波作用，可以降低各奇次電流諧波向除塵器380 V低壓母線的注入，通過試驗(yàn)，對(duì)不加裝電抗器與加裝電抗器前后對(duì)比進(jìn)行分析。

1 諧波源檢測(cè)

為提高靜電除塵器除塵效率，在#1爐2臺(tái)除塵器的頂部1、2電場(chǎng)安裝8臺(tái)高頻電源，工作時(shí)產(chǎn)生奇次電流諧波，多個(gè)諧波源相互疊加、相互影響。通過檢測(cè)全面了解高頻電源產(chǎn)生的諧波特性，檢測(cè)出諧波源向電網(wǎng)注入的各次諧波電流數(shù)據(jù)，找到諧波源治理的方法。以#1爐3室1電場(chǎng)高頻電源為例，在高頻電源柜處利用DEWE-571電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)未加電抗器時(shí)，高頻電源380 V電源側(cè)諧波電流數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 未加電抗器時(shí)的高頻電源380 V電源側(cè)諧波電流數(shù)據(jù)

檢測(cè)高頻電源5次電流諧波含量超標(biāo)，5次電壓諧波含有率偏高。除塵器變壓器容量2 000 kVA，每臺(tái)高頻電源額定電流275 A（正常工作時(shí)，電流一般在190 A左右），單臺(tái)容量占比約9%。高頻電源工作時(shí)，其整流裝置將非正弦電流反饋至電除塵器低壓380 V母線，使接于低壓母線上的振打電動(dòng)機(jī)、加熱器電纜等產(chǎn)生非正弦的壓降，使電壓波形產(chǎn)生不同程度的畸變，畸變的電壓又影響整流裝置。除塵器整流裝置產(chǎn)生的諧波電流是電除塵器低壓交流電網(wǎng)中的主要諧波源。各次諧波波形示意圖如圖1所示。

圖1 各次諧波波形示意圖

對(duì)以上檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，5次電流諧波不滿足國標(biāo)要求，需要采取限制措施，以提高380 V低壓電網(wǎng)質(zhì)量。電流諧波在電除塵低壓電網(wǎng)中的危害性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①諧波電流會(huì)使振打電機(jī)鐵芯產(chǎn)生附加損耗，使電機(jī)本體發(fā)熱量增大、噪聲增大，加速電機(jī)定子繞組絕緣老化，諧波使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸電流，加速電機(jī)軸承損壞；②諧波電流使電纜線路發(fā)熱，電纜線路對(duì)地電容容易使諧波放大，易造成電纜絕緣損壞；③高次諧波電流會(huì)加速振打加熱器柜中380 V限流式斷路器殼體和內(nèi)部塑料器件的老化，降低其阻燃特性，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)事故；④電網(wǎng)諧波含量超標(biāo)，增加了電網(wǎng)發(fā)生諧振的可能，引發(fā)很高的過電流或過電壓事故；⑤諧波干擾通信系統(tǒng)影響測(cè)量裝置的正常數(shù)據(jù)傳輸。

諧波電壓是由非線性用電負(fù)荷（一般為諧波電流源）產(chǎn)生的，為了控制電除塵器低壓母線電源諧波，必須采取相應(yīng)的措施，限制高頻電源向電除塵低壓母線注入電流諧波，減少低壓用電設(shè)備諧波電流含有量。

2 串聯(lián)電抗器解決方案

在高頻電源回路中加入一個(gè)合適電抗器，利用電感具有阻止交流電流突變的特性，使得電路中諧波電流變化變緩，從而使電源電流中的諧波含有量數(shù)值減小。

式（1）中：L為電感，H；f為基波的頻率，Hz。

根據(jù)式（1），以電抗器電源側(cè)基頻電壓為380 V為例。

5%電壓降時(shí)，每相電感值：

7%電壓降時(shí)，每相電感值：

按基波頻率50 Hz的壓降5%、7%制作電抗器，按圖2所示接入高頻電源回路。串聯(lián)電抗器主要作用是抑制高頻電源工作時(shí)產(chǎn)生的5次電流諧波，阻止注入到電除塵380 V低壓電網(wǎng)，減小電流諧波含有量。

圖2 高頻電源回路

3 串聯(lián)電抗器試驗(yàn)

按照?qǐng)D2，分別進(jìn)行電抗器5%、7%壓降抽頭諧波檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)接入電抗器后，電抗器兩端諧波數(shù)據(jù)變化情況。

加裝5%壓降電抗器，380 V電源側(cè)的諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。加裝5%壓降電抗器，高頻電源側(cè)的諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 加裝5%壓降電抗器時(shí)的380 V電源側(cè)諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 加裝5%壓降電抗器時(shí)的高頻電源側(cè)諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

加裝7%壓降電抗器，380 V電源側(cè)的諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 加裝7%壓降電抗器時(shí)的380 V電源側(cè)諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

加裝7%壓降電抗器，高頻電源側(cè)的諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 加裝7%壓降電抗器時(shí)的高頻電源側(cè)諧波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從以上試驗(yàn)得出，串聯(lián)電抗器可以降低高頻電源產(chǎn)生的電流諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。以A相檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

加裝電壓降為5%的電抗器時(shí)，對(duì)380 V低壓電網(wǎng)的諧波影響情況：5次諧波電流含有量由90 A降為52.5 A，達(dá)到國標(biāo)要求；5次諧波電壓含有率由7.8%降為6%，有所改善。380 V電源側(cè)各次諧波電流含有量均滿足國標(biāo)要求，但高頻電源側(cè)的電壓諧波有輕微的放大，5次諧波電壓含有率由7.8%增加到10.3%，7次諧波電壓含有率由3.8%增加到4.3%。

加裝電壓降為7%的電抗器時(shí)，對(duì)380 V低壓電網(wǎng)的諧波影響情況：5次諧波電流由90 A降為51.4 A，滿足國標(biāo)要求；5次諧波電壓含有率由7.8%降為5.8%，有所改善。380 V電源側(cè)各次諧波電流滿足國標(biāo)要求，但高頻電源側(cè)的電壓諧波有輕微的放大，5次諧波電壓含量有率由7.8%增加到11.5%，7次諧波電壓含有率由3.8%增加到4.8%。

經(jīng)測(cè)試數(shù)據(jù)比較，選擇壓降為5%的電抗器，可以阻止5次諧波電流向低壓380 V除塵器低壓母線的注入，同時(shí)由于電抗器的加入，使高頻電源側(cè)諧波電壓有輕微放大，經(jīng)計(jì)算不會(huì)對(duì)高頻電源電氣設(shè)備運(yùn)行造成影響，故選擇壓降為5%的電抗器是比較適宜的。

4 結(jié)論

理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)電源奇次諧波電流含量超標(biāo)，且不超過20%國標(biāo)值的情況下，在電源回路中加裝串聯(lián)電抗器改善電網(wǎng)諧波含量方法是可行的。足夠強(qiáng)的諧波源對(duì)電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來極大影響，應(yīng)引起重視，解決方法是要限制諧波源，消除電網(wǎng)參數(shù)的不利配合，在諧波治理過程中，為降低諧波治理投資費(fèi)用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，適當(dāng)選擇串聯(lián)電抗器方式，當(dāng)諧波含量嚴(yán)重超標(biāo)，需采取投資相對(duì)比較高的限制諧波技術(shù)方案。