学文网摘要：电力电子装置在水泥厂的广泛应用,使得谐波干扰问题受到了人们的普遍关注。谐波不仅会使供配电网络损耗增加、设备寿命缩短,还会干扰电子信息设备,严重时甚至会发生故障或使设备损坏。本文探讨了水泥厂谐波干扰的危害以及谐波治理措施。
关键词：谐波干扰 治理措施
在新型干法水泥生产线电气自动化控制中,大功率可控整流装置、变频调速装置等非线性负荷已得到广泛的应用,谐波干扰问题也随之而来。谐波可能导致电能生产、传输和利用的效率降低,使用电设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,缩短设备寿命,严重时,甚至发生故障或烧毁设备。此外,谐波可能引起继电保护和自动装置误动作,影响电能计量及干扰通讯和计算机信息系统等。谐波已成为“公害”,越来越引起人们的普遍关注。
1、谐波的产生
谐波是指周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解后,除了得到与电网基波频率相同的分量外,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。在电力网络的每个环节包括发电、输电、配电、用电等都可能产生谐波,但造成水泥厂谐波污染最严重的是用电环节上的非线性负载,如:晶闸管整流、逆变装置、开关变流设备、变压器等。
2、水泥厂谐波造成的的危害
水泥厂随着大量非线性负荷的使用,谐波的污染已日益严重,谐波对各种电气和自动化设备都有不同程度的影响和危害,主要包括以下几个方面:
2.1 对电动机驱动类设备的危害
一般而言,水泥厂的电动机负荷约占整个负荷的85%以上,因此,谐波对电动机的影响相对而言较大,产生的额外损耗较多。谐波对电动机驱动类设备的影响,主要是产生附加损耗和脉冲转矩。电动机产生脉冲性力矩,会造成设备振动, 噪声增加,可能引起电动机部件损坏甚至事故停车。
2.2 对电力变压器的危害
谐波对变压器的影响主要是增加了使变压器附加损耗。而附加损耗的增加,又会导致附加温升,这将变压器的实际使用容量降低。另外,谐波还会引起变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固件的发热,并有可能引起局部严重过热而产生危险。除此之外,谐波还能导致变压器噪声增大,使变压器产生机械振动。
2.3 对电容器的影响
谐波源和电路中的电感、电容元件构成谐振回路,当谐振频率等于或接近于某次谐波分量的频率时,就可能发生谐振。这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至数十倍,电容器等电器会异常发热,加速电容器绝缘介质的老化,缩短电容器的寿命,严重时,造成电容器和电抗器击穿、爆炸或烧毁。
2.4 对电网线路的影响
谐波对电缆线路由于其附加损耗,将加速绝缘层老化而缩短线路使用寿命,甚至会因电缆绝缘击穿发生事故。
2.5 干扰电子设备和DCS的通信系统
谐波会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式干扰计算机信息系统和通信系统,影响它们的正常运行。特别是不平衡谐波电流对通讯系统可能产生严重的干扰。在中性线接地的电网中,当较大的零序谐波电流通过中性线流人大地时,会以共模干扰形式严重干扰水泥厂计算机和各种通信信号,使电子设备精度降低,系统丢失数据信息而无法正常通信。
2.6 对继电保护和电力测控装置产生影响
谐波超标,将会影响继电保护和自动装置的工作和可靠性,使继电保护和自动装置出现误动作,造成突然停车等事故,影响生产线正常运行,严重威胁供配电系统的安全稳定运行。同样,谐波对供配电系统中采用的磁电型和感应型电力测量仪表也有较大影响,当谐波较大时将可能使电能计量产生较大误差,严重时会导致计量混乱。
3、谐波干扰的治理措施
鉴于谐波对线路及设备的种种危害,对谐波的治理可从谐波源、配电线路、装置三方面来抑制和吸收谐波。对谐波的抑制和治理应包括两个方面,一是尽可能利用合适的低谐波技术,抑制减少谐波成分,二是对产生的谐波进行治理。具体措施如下:
3.1 选择合适的变压器
配电变压器的内阻抗可以起到缓冲直流整流滤波电容的作用,内阻抗越大,整流谐波含量越小,这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择晶闸管整流、逆变设备供电电源时,应选择短路阻抗大的变压器。在变频器的输人端或输出端串接合适的电抗器,相当于在变频器外部增大阻抗,作用同增加变压器的内阻抗,也可抑制谐波电流。
3.2 采用多重化技术和变压器多相运行
对大功率高压变频器,逆变单元、功率单元采用并联多元化技术,减少谐波分量。逆变单元采用2个或多个逆变单元并联多元化技术,通过波形移位叠加,抵消谐波分量,功率单元采用多脉冲(如30脉冲)的串联功率单元多重化线路,如采用单元串联多电平结构,可将其谐波减到很小。大功率变频器的整流电路应采用多脉冲结构,可有效降低谐波电流。另外,将变频器的供电变压器采用多相运行,使相位角互差30度,可有效地减小低频项谐波,具有很好的抑制谐波作用。
3.3 无功补偿与谐波抑制
水泥厂高、低压配电系统均配有无功电容补偿装置,因地制宜地在电容器回路串联适当电抗率的电抗器,组成LC无源滤波器。使其在基波频率下,滤波电容器组呈现电容性,而在谐波频率下,呈现电感性,使其具有无功补偿与谐波抑制双重效果,这是功率因数补偿的最佳方法之一。补偿电容组成的LC滤波器由于其经济、结构简单等优点,而被水泥厂广泛应用,也是目前补偿谐波的最主要手段。
3.4 有源滤波器
有源电力滤波器的特性是不受系统阻抗影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险,具有高度可控性和快速响应性,不仅能补偿各次谐波,还可抑制电压闪变、补偿无功电流。对谐波比较复杂、控制要求较高、污染较重的场所,且投资许可的话,可设置有源滤波器。有源滤波器通过检测电路检测出电网中的谐波电流,然后控制逆变电路产生相应的补偿电流分量,并注人到电网中,以达到消谐的目的。
3.5 合理设显布线和采取必要的隔离措施
水泥厂为防谐波干扰,除采取必要的低谐波技术和滤波措施外,还应在工程实施时采取必要的隔离、屏蔽和接地技术,以满足电磁兼容性的要求。
总之,我们对水泥厂谐波问题,必须引起足够重视。解决谐波污染,必须统筹考虑。一方面要严格限制一些设备,特别是大功率变频调速装置和直流调速装置谐波发射值,另一方面在抑制和治理谐波时要多方面着手,并应分析工况条件,合理设置抑制和治理手段。另外,还要设法提高设备自身的抗谐波干扰能力,改善谐波保护性能,以做到真正意义上的电磁兼容。
参考文献
[1]熊梦华,王来成.水泥厂谐波及治理措施.河南建材,2006(5).
[2]王琮泽,周佳峰,池耀丹.谐波电流的产生和谐波电流引发的问题的研究,长春理工大学学报,2007(12).
[3]马宇驰,韩宾,王丽静.浅谈谐波、谐波危害及其解决.科技创新导报,2008(10).
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