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有源滤波器在选煤厂供电系统谐波治理中的应用

2021-05-11

现代化的选煤厂一般都采用PLC或DCS进行自动控制,洗选过程中,由流量、压力、密度等参数与变频技术结合形成的闭环控制系统得到更多的应用。在自动化程度提高的同时,由于变频器等应用增多,非线性的设备接入电网,会将产生的谐波电流反馈到电网中,进而通过电网阻抗产生谐波压降,引起电网电压的畸变,供电系统的电能质量下降,不利于系统的安全运行。由于煤矿工业系统技术人员对谐波重视程度不够,没有采取有效的谐波抑制措施,导致煤矿供电系统电网质量较差,有谐波引起的机电事故屡屡出现[1-9]。1谐波产生原因分析谐波的产生根据其在供电系统中处的位置不同,原因可大致分为3种情况:电源处本身具有的谐波、电源传输时产生谐波及变频器、电焊机等末端用电设备产生的谐波[10-11]。厂房中照明使用的气体放电灯的电路本身含有电弧,电弧的负阻特性也会产生谐波。对选煤厂来说负载中谐波主要是由变频器产生的,现代化的洗煤厂,洗选过程通常采用“传感器控制器变频调节”的模式来进行密度、流量、压力等工艺参数的自动调节。许多设备都需要使用变频器,变频器本身需要对正弦波电流进行“破坏重组”,即变频的“整流逆变”过程,在这个过程中会向电网反馈大量的谐波电流。虽然目前对变频器的制作有谐波量的限制,有时还要在变频器的输入侧增加电抗器,来降低谐波对电网的影响,但从目前来看,变频器仍然是选煤厂供电系统主要的谐波来源。2谐波危害谐波对选煤厂供电系统的危害有以下方面:(1)对变压器的危害。谐波电流对变压器的危害主要表现在会使变压器产生附加损耗,变压器运行时产生温度升高、噪声增大。另谐波中含有的无功分量会占据部分变压器容量,使得变压器的实际输出容量变小[12-16]。在谐波环境下运行,加速绝缘老化,变压器的寿命也会降低。(2)对供电线路的危害。谐波电流中含有较大的无功分量,会增加线路的损耗,导致电缆过热,降低其使用寿命。(3)对无功补偿装置的危害。谐波电流会对系统的无功补偿装置造成了不同程度的影响,流过补偿装置的电流过大会导致无功补偿装置中的保险丝烧断,甚至会由于电容过热导致无功补偿装置中的电容炸裂[17-20]。电力谐波除直接威胁无功补偿装置的安全外,其对其他电气设备寿命和线损的影响及对供配电系统安全运行的影响在很多方面是逐步积累的,其作用过程具有渐进性、隐蔽性。另外谐波还会影响到电力系统中微机自动综合保护装置的工作,对系统故障做出错误判断,误动作或者不动作,影响供电系统的安全运行。因此为保证系统的安全性,应对系统的谐波进行治理。3谐波治理方式抑制谐波从原理上来说方法较多,例如:采用较高的电压等级,电压等级越高,系统的短路容量越大,对谐波的承受能力也就越强;再有就是增加变频器等变流设备的脉动数,理论上变流设备反馈回电网的只有kP1(k=1.2.3…,P为脉动数)次的谐波,可见脉动数越多,谐波的产生量越少。目前系统中的谐波问题已经越来越引起技术人员的重视,在工程中抑制谐波的手段主要有2种:(1)无源滤波即在系统中增加滤波电路;(2)有源滤波。无源滤波可根据系统的谐波含量设计滤波电路,可滤掉固定频次的谐波,主要由电感、电容和电阻等元器件按照一定的设计参数组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,具有容量较大、结构简单、经济性好等优点,但是受本身原理的制约,其在生产以后就只能滤除某频率范围内的谐波。有源电力滤波器是一种主动性的电流补偿谐波治理滤波装置,可通过互感器对系统电流进行采样,通过控制器分析中其中的谐波成分,然后控制晶闸管动作,产生一个与谐波电流大小一样、方向相反的电流反馈到电网中,抵消电网中的谐波。

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