随着电力电子设备越来越多地应用在生产的各个领域内,也为电力系统带来了大量的谐波污染。因此,急需对电力电子设备谐波产生的原因硬其危害进行深入分析,以求探讨综合治理措施,抑制谐波污染,提高电网功率因数,充分利用电能。
在矿用设备中,阻、感性负载占有很大比例,比如变压器、电动机、加热器和照明灯等。使用中不仅消耗有功功率,同时也要吸收无功功率才能正常工作。随着电力电子设备(如晶闸管整流器、可控硅调压器、逆变器等)越来越多地应用于生产的各个领域内,也为电力系统带来了大量的谐波污染。因此,急需对电力电子设备谐波产生的原因及其危害进行深入分析。以求探讨综合治理措拖,抑制谐波污染,提高电网功率因数,充分利用电能。
电网中的谐波危害集中体现在以下几个方面1.谐波使设备产生附加谐波损耗,降低供配电设备及用电设备的效率,大量的谐波电流流过中性点造成过热甚至发生火灾。2.谐波会影响各种电气设备的正常工作。谐波过电压、过电流使变压器严重过热;使电容器、电缆过热,绝缘老化,寿命大大缩短。3.谐波引起公用电网并联谐波和串联谐波放大。4.谐波导致继电器保护和自动装置的误动作。
无功功率的影响
1.无功功率使供电设备容量增大。无功功率的增大导致电流增大及供电设备视在功率增大,同时启动及控制设备、仪表尺寸和规格也要增大。2.设备和线路损耗加大。无功功率的增大使总电流增大,从而使设备及线路损耗增大。3.变压器及线路压降增大,使电网电压剧烈波动。
此矿用变电所为双回路10KV进线供电。主副井提升机均为直流电机,由10KV母线经专用干式变压器,再经三相可控硅整流(6脉动)为电机电枢回路供电。并且主扇风机、压风机、地源热泵空调使用大功率变频器驱动异步交流电机。而母线直接电容器提供无功补偿,虽然大幅度降低无功功率基波电流,但是同时造成谐波电流放大,导致电容器零序保护继电器频繁误动作。同时,干式变压器及电缆、电容器在谐波电流影响下相继发生损坏,造成电容器无法正常使用,无功功率大增,功率因数仅为0.75左右。企业受到供电部门的处罚,造成经济损失。
二、谐波的抑制
为了抑制电网中谐波,减少谐波的危害,在加强管理的同时尽量减少电力电子设备谐波含量,安装有效滤波装置。
1采用主动措施,减少电力电子设备的谐波含量。
减少谐波含量主要从交流装置本身出发,通过改变结构设计,增加辅助控制来减少或消除谐波。比如首先,多脉波变波技术,通过把6脉波变流器设计成12脉波或24脉波变流器以减少交流侧谐波含量;其次,脉宽调制技术,控制PWM输出波形各转换时刻,保证四分之一波形对称,使谐波幅值为给定量;再次,多电平变流技术,采用移相多重法、顺序控制和非对称控觚多重化方法将方波电流或电压叠加,使变流侧电流或电压接近正弦波。
2.安装电力滤波器,提高滤波性能。
为了同时解决无功冲击和谐波污染问题(主副提升机、压风机、主扇风机频繁启停,其功率因数、谐波成分变化很大),系统采用了静止型动态无功补偿装置(SVC)有效地抑制了无功冲击,明显改善了电网电压波动,大大提高了功率因数,带来了巨大的经济效益。
sVc的补偿原理是通过控制晶闸管触发角改变接入系统中svc等效电纳的大小,从而达到调节无功功率的目的。静止无功补偿器包括:具有饱和电抗器的静止无功补偿装置和晶闸管控制电抗器(TCR)或晶闸管投切电容器(TSC)(后两者统称SVC)。
具有饱和电抗器的无功补偿器(SR),分为自饱和电抗器无功补偿装置(通过电抗器自身固有能力稳定电压,利用铁芯的饱和特性控制发出或吸收无功功率大小)、可控饱和电抗器无功补偿装置(通过改变控制饶组中工作电流来控制铁芯饱和度而改变工作组感抗,从而控制无功电流大小)。但是由于造价高、损耗大、有振动和噪声、调整时间长、动态补偿速度慢,因而极少使用。
晶闸管投切电容器(TSC),单相TSC是采用两个反并联的晶闸管将电容接入电网或与电网断开,而串联小电感抑制电容器接入电网。TSC关键是电容器投切时刻的选取。为了减少电路中的冲击电路,最好在电容器与电源电压相等时投切。为了保证更好投切电容,必须先充电,充电完成后再投入电容器。TSC能在对三相不平衡负载进行分相补偿,操作中不产生过电压。但对于由负载突变引起电压突变,仅靠电容器投入电网,电容量变化无法满足调节的需要。一般TSC与TCR配合使用,以电容器作粗调,以电感作相控细调。同时SVC
造成大量谐波产生,需将固定电容器与电感串联,构成谐波滤波器来消谐。
晶闸管控制电抗器(TCR),单相TCR由两个反并联晶闸管与一个电抗器串联组成,其三相接成三角形接入电网(相当于接入感性负载的交流调压电路)。此电路有效移相范围为90度,180度。当触发角为90度时,晶闸管全导通,电抗器全接入电网,此时电抗吸收无功电流最大。当触发角为90度一1 80度时,晶闸管分区间导通,增大触发角,补偿器等效电纳减少,吸收无功功率减少(补偿电流中基波分量减少),即通过调整触发角调整吸收无功功率的效果。
SVC先通过数据采集板(DAS)采集系统电压量、电流量、接触位置,再用数据处理板(DSP)计算出系统功率因数,并根据实际功率因数给出控制信号,由驱动模块驱动晶闸管,使晶闸管保持相应导通角,从而达到电容器投切,电抗器控制的目的。控制整个装置的无功输出,满足系统功率因数的要求。
SVc投入运行,达到了预期补偿目标,解决了大型冲击性、三相非对称性、低功率因数及非线性负载对电网的危害,抑制了谐波对电网的污染,取得了可喜的经济效益。