陳冬梅　王磊

摘要：在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，高壓變頻器是重要的供應(yīng)設(shè)備之一現(xiàn)?？茖W(xué)進(jìn)行高壓變頻器諧波調(diào)控可減少電力傳輸體系的運(yùn)維次數(shù)，提升區(qū)域電力供應(yīng)的安全性。由此，關(guān)于高壓變頻器諧波問題的有效處理，是電力系統(tǒng)自我更新的理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器;高次諧波;治理

引言

隨著高壓變頻器的推廣應(yīng)用，工業(yè)場(chǎng)所內(nèi)使用高壓變頻器的設(shè)備越來(lái)越多，相應(yīng)也產(chǎn)生了一些新的問題，其中高壓變頻器對(duì)電網(wǎng)的干擾嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量和設(shè)備的安全運(yùn)行。與一般無(wú)線電電磁干擾一樣，變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過傳導(dǎo)、電磁輻射和感應(yīng)耦合3種方式對(duì)電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染。

1高壓變頻器作業(yè)產(chǎn)生高次諧波的危害與影響

1.1危害

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，當(dāng)今變頻器在風(fēng)機(jī)機(jī)組中的應(yīng)用愈加廣泛，除了有效提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時(shí)也增加了高次諧波影響。高次諧波電流會(huì)在電力系統(tǒng)單重產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致電壓變形變成非正弦諧波電壓，這種情況不僅會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)機(jī)組及其相關(guān)設(shè)備磁滯以及渦流損耗增加，同時(shí)也會(huì)讓絕緣材料承受較高的電壓荷載。由于風(fēng)機(jī)機(jī)組中的銅材料非常多，而高次諧波會(huì)導(dǎo)致機(jī)組、變壓器銅耗增加，所以在高次諧波影響下會(huì)導(dǎo)致電壓升高，電力系統(tǒng)局部過熱、機(jī)組運(yùn)行增加電流等問題，加速輸電線路絕緣體老化效率，減少了變壓器的使用壽命。同時(shí)，高壓變頻器在應(yīng)用中產(chǎn)生了高次諧波，對(duì)電機(jī)電路系統(tǒng)也會(huì)造成影響，嚴(yán)重影響設(shè)備使用效率和性能，甚至對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成了影響。如今，高壓變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)組、電力系統(tǒng)的影響愈加明顯，所以加強(qiáng)高次諧波治理不容忽視。

1.2影響

生產(chǎn)企業(yè)中風(fēng)機(jī)機(jī)組為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制，配備了IGBT高壓大功率變頻器。在實(shí)際使用中，導(dǎo)致了新區(qū)變電所各級(jí)電力系統(tǒng)受到十分嚴(yán)重的高次諧波影響，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。并且自從高壓變頻器投入使用以來(lái)，出現(xiàn)了多次的電氣故障問題。通過對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)組以及高壓變頻器運(yùn)行參數(shù)來(lái)看，其主要的影響表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①通過分析是電纜電容作用導(dǎo)致諧波電流傳遞中產(chǎn)生并聯(lián)放大情況。對(duì)于控制回路來(lái)說，高頻諧波會(huì)直接影響輸出量均衡性，導(dǎo)致輸入、輸出控制回路缺乏穩(wěn)定性;當(dāng)高次諧波產(chǎn)生時(shí)，由于頻率增大，電容器阻抗瞬間減小，涌入大量電流，因而導(dǎo)致過熱，甚至損壞電容器，還有可能發(fā)生共振，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，甚至爆炸;電流中含有的諧波會(huì)產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)矩，改變電器動(dòng)作特性，引起誤動(dòng)作，甚至改變其操作特性，或燒毀線圈。②通過對(duì)110kV總降主變35kV母線進(jìn)行對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，母線總電壓諧波畸變率通常在5%以上。風(fēng)機(jī)機(jī)組主傳動(dòng)所產(chǎn)生的高次諧波電流注入系統(tǒng)諧波最為嚴(yán)重。通過計(jì)算分析可知，110kV母線負(fù)載高次諧波功率達(dá)到了1200kW，110kV母線負(fù)載高次諧波達(dá)到了1400kW，再加上各次諧波損耗累積，整個(gè)機(jī)組運(yùn)行中的總諧波損耗大約在1500kW左右，這也是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)變110kV主變及10kV開關(guān)柜高頻噪聲產(chǎn)生的原因。

2高壓變頻器工作產(chǎn)生高次諧波的治理措施

2.1電抗器的科學(xué)性處理

高壓變頻器工作產(chǎn)生高次諧波間題的有效治理，也可以通過調(diào)節(jié)電抗器的方法解決問題。其一，電抗器具有調(diào)節(jié)電流控制強(qiáng)度的作用，它可以進(jìn)一步壓縮外部攜帶高次諧波的強(qiáng)度，進(jìn)而降低附加的高次諧波對(duì)電流傳輸過程造成的干擾。其二，高次諧波產(chǎn)生后，一般會(huì)按照正弦變化規(guī)律進(jìn)行電流傳導(dǎo)，工作人員運(yùn)用電抗器進(jìn)行電流波調(diào)節(jié)時(shí)，電抗裝置可通過發(fā)電機(jī)等外部做功速率裝置，減緩高次諧波隨著傳輸電路轉(zhuǎn)動(dòng)的速率，進(jìn)而也就實(shí)現(xiàn)了減少外部高次諧波，對(duì)高壓調(diào)頻器內(nèi)部電流傳輸?shù)母蓴_情況了。

某區(qū)域進(jìn)行電力傳輸體系建設(shè)期間，為有效規(guī)避高頻變壓器做功時(shí)出現(xiàn)高次諧波干擾問題，利用了電抗器裝置。首先，工作人員在線路的整體結(jié)構(gòu)上，安裝一個(gè)整體性的電流控制裝置，從區(qū)域線路傳輸?shù)目偩€路上進(jìn)行高次諧波干擾控制，以LCL系統(tǒng)作為高次諧波防護(hù)的主要設(shè)備;其次，將電抗器按照每150米為一個(gè)間距的標(biāo)準(zhǔn)，將8個(gè)電阻器放置到高頻變壓器控制范圍內(nèi)。最后，運(yùn)用變頻調(diào)控裝置逐步進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，對(duì)仍然存在高次諧波干擾隱患的部分進(jìn)行調(diào)整。該區(qū)域按照這種思路進(jìn)行高頻率變壓器應(yīng)用中高次諧波干擾問題處理，不僅有效地解決了諧波調(diào)控處理的表層問題，也實(shí)現(xiàn)了以電阻進(jìn)行區(qū)域內(nèi)高次諧波干擾隱患問題的調(diào)節(jié)，因此，實(shí)施抗干擾處理策略效果顯著。

2.2濾波參數(shù)調(diào)節(jié)

依據(jù)高壓變頻器實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的控制策略而言，當(dāng)變頻器的諧波應(yīng)用范圍控制在正常的電壓參數(shù)范圍內(nèi)，變頻器就不會(huì)出現(xiàn)高次諧波干擾的問題了。因而，為有效解決高壓變頻器工作期間產(chǎn)生高次諧波的干擾，可通過調(diào)節(jié)濾波參數(shù)的方法解決間題。一方面，將多繞諧波變壓器改為標(biāo)準(zhǔn)型正弦波變壓線路，即將高頻變壓器的電流傳輸波控制在最優(yōu)變頻調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，從而減少變頻器內(nèi)電流繞組的次數(shù)，緩解變頻電流的干擾范圍，那么，與之?dāng)y帶的高頻電壓控制環(huán)境，也就可以避免高次諧波對(duì)周圍線路所造成的沖擊了。另一方面，我們也可以利用LCL濾波器進(jìn)行感應(yīng)濾波調(diào)節(jié)。當(dāng)高頻調(diào)節(jié)器周圍出現(xiàn)高頻率干擾諧波時(shí)，濾波器會(huì)自動(dòng)按照感應(yīng)濾波強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而避免高次諧波的干擾間題出現(xiàn)。

某區(qū)域電力傳輸過程中，為避免高次諧波對(duì)線路造成的干擾，工作人員一方面直接將高頻變頻器調(diào)節(jié)為多繞諧波變壓組織，另一方面運(yùn)用多諧波控制體系進(jìn)行變頻控制。這種外部高次諧波參數(shù)控制方法，不僅可實(shí)現(xiàn)線路設(shè)計(jì)層面的諧波調(diào)控，也可以借助自動(dòng)化監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)防性參數(shù)調(diào)控，因而，是一種較有效的高頻控制器應(yīng)用中高次諧波防護(hù)干擾策略。

2.3單元性濾波調(diào)節(jié)

單元性濾波調(diào)節(jié)主要是針對(duì)高次諧波局部干擾問題而選擇的治理方案。其一，單元性濾波調(diào)節(jié)，是按照高頻濾波器局部控制思路，單層次進(jìn)行濾波調(diào)控，避免局部高次諧波大范圍內(nèi)拓展。其二，單元性濾波調(diào)節(jié)也是外部輔助性濾波調(diào)節(jié)手段。即，線路中高次諧波調(diào)節(jié)裝置上，需由濾波電抗器、濾波電容、阻尼阻三者組合而成抗干擾裝置，工作人員按照實(shí)際要求進(jìn)行組波控制參數(shù)設(shè)定，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)濾波調(diào)控。

某區(qū)域電力控制處理過程中，工作人員為了高頻濾波器應(yīng)用中不出現(xiàn)電波干擾性間題，就采用了單元性濾波調(diào)節(jié)策略，對(duì)區(qū)域線路中的局部環(huán)境進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。首先，工作人員先按照高頻電壓力控制的實(shí)際需要，將本次高頻濾波器控制為初始傳輸、過渡部分以及后續(xù)傳輸部分三部分，并分別在這三部分上設(shè)置了單元性濾波調(diào)節(jié)裝置;其次，在綜合分析了該區(qū)域高壓電力傳輸需求的基礎(chǔ)上，設(shè)定了1一3檔防護(hù)調(diào)控裝置，以做好線路局部傳輸高次諧波防護(hù)工作。該裝置1檔與單元性濾波器狀態(tài)保持一致;2檔在局部高壓電波超出了額定控制范圍，但還并未達(dá)到大范圍內(nèi)破壞時(shí)啟動(dòng);3檔是為了防止高頻次波進(jìn)一步擴(kuò)大而做出的預(yù)防性輔助戰(zhàn)略。因而，將本次設(shè)計(jì)的高壓變頻器工作產(chǎn)生高次諧波控制技術(shù)應(yīng)用后，不僅能夠依據(jù)局部電路的實(shí)際情況做好干擾波的調(diào)節(jié)，也做好了干擾問題擴(kuò)大的控制戰(zhàn)略，實(shí)際應(yīng)用效果自然也得到了保障。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了能夠消除風(fēng)機(jī)機(jī)組高壓變頻器生產(chǎn)的高次諧波對(duì)電壓系統(tǒng)的影響，需要生產(chǎn)企業(yè)明確高次諧波生成機(jī)理，并結(jié)合高壓變頻器產(chǎn)生高次諧波的具體問題、影響進(jìn)行全面分析，針對(duì)性采用檢測(cè)措施和消除措施，通?？梢耘渲脼V波器組形式消除或減少高次諧波，這樣即可保障電力系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

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