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        大紅山鐵礦二期膠帶機變頻傳動系統(tǒng)諧波的估算及減少諧波措施

        2021-06-03 06:47:42李偉明
        有色金屬設計 2021年1期
        關鍵詞:脈波整流器畸變

        楊 安,李偉明

        (1.昆明有色冶金設計研究院股份公司,云南 昆明 650051;2.玉溪大紅山礦業(yè)有限公司,云南 玉溪 653405)

        0 引 言

        大紅山鐵礦二期膠帶運輸機由變頻器驅(qū)動,變頻器為非線性電源裝置,運行時會向電網(wǎng)注入高次諧波,污染電網(wǎng)。變頻器整流側(cè)基本單元為二極管橋式整流電路,產(chǎn)生特征諧波為5次、7次、11次、13次、17次、19次等次諧波。

        1 系統(tǒng)配置及主要參數(shù)

        大紅山鐵礦二期膠帶系統(tǒng)配置見表1。采4#、采6#膠帶輸送機均為雙滾筒四電機,采用四套變頻調(diào)速驅(qū)動,且變頻器運行功率較大,設計中應采取措施,減少注入電網(wǎng)的諧波,滿足國標GBT14549-93對諧波的要求。由于采5#膠帶機及采7#膠帶機的功率較小,本次諧波估算忽略其影響。

        表1 大紅山鐵礦二期膠帶運輸機配置Tab.1 Configuration of belt conveyors in Dahongshan Iron Mine Phase Ⅱ

        2 系統(tǒng)諧波的估算

        諧波的估算要計算5次、7次、11次、13次、17次、19次等次特征諧波電流值,再計算電壓總諧波畸變率,使電壓總諧波畸變率滿足國標GBT14549-93的要求。

        諧波電流計算方法很多,該工程諧波電流計算采用《ABB-交流傳動諧波指南》中“各種整流方案的典型諧波成份”表中的數(shù)據(jù)計算諧波電流發(fā)生量。表2、表3、表4為相關整流方案諧波成份。

        表2 帶電抗器的6脈波整流器諧波成份表Tab.2 Harmonic compositions of 6-pulse rectifier with reactor

        表3 帶三繞組變壓器的12脈波整流器諧波成份表Tab.3 Harmonic compositions of 12-pulse rectifier with three-winding transformer

        表4 帶2組3繞組變壓器的24脈波整流器諧波成份表Tab.4 Harmonic compositions of 24-pulse rectifier with two sets of three-winding transformer

        采4#、采6#膠帶輸送機變頻器由變電所10 kV母線通過整流變壓器供電,諧波的估算要計算變電所10 kV母線電壓總諧波畸變率,滿足國標GBT14549-93中對電壓(相電壓)總諧波畸變率限值的要求,見表5。

        計算電壓總諧波畸變率:

        式中:

        Uh——第h次諧波電壓(均方根值);

        Ih——第h次諧波電流;

        Xh——系統(tǒng)第h次諧波相電抗,Xh=hX1;

        X1——系統(tǒng)基波相電抗,X1=U2/Sd(Ω);

        U——計算點電壓(kV);

        Sd——計算點系統(tǒng)短路容量(WVA)。

        表5 國標GBT14549-93中對電壓(相電壓)總諧波畸變率限值Tab.5 Total harmonic distortion limitation of voltage(phase voltage)defined in national standard of GBT14549-93

        計算基波電流:

        采4#膠帶輸送機和采6#膠帶輸送機變頻器的基波電流合計為208 A。

        表6、表7、表8是對3種不同的整流形式進行諧波評估。

        顯然是不滿足電壓總諧波畸變率≤4.0 %的要求。

        變電所10 kV母線系統(tǒng)短路容量Sd=80 WVA,系統(tǒng)基波相電抗,X1=U2/Sd=1.25 Ω,經(jīng)計算電壓總諧波畸變率THDu %= 10.6667 %。

        經(jīng)計算電壓總諧波畸變率THDu %=5.44 %,仍然不滿足電壓總諧波畸變率≤4.0 %的要求。

        表6 采用6脈波整流的諧波電流Tab.6 Harmonic current with 6-pulse rectification

        表7 變頻器采用三繞組變壓器的12脈波整流器諧波電流Tab.7 Frequency converters with the harmonic current of 12-pulse rectifier of three-winding transformer

        表8 帶2組3繞組變壓器的24脈波整流器的諧波電流Tab.8 Harmonic current of 24-pulse rectifier with two sets of three-winding transformers

        經(jīng)計算電壓總諧波畸變率THDu %=2.129 %,滿足電壓總諧波畸變率≤4.0 %的要求,同時也滿足奇次諧波電壓總諧波畸變率≤3.2 %的要求。

        圖1 實現(xiàn)等效24脈波整流的變頻機組結構簡圖Fig.1 Frequency converter sets for achieving the equivalent 24-pulse rectification

        為實現(xiàn)24脈波整流,采4#膠帶輸送機或采6#膠帶輸送機的變頻器采用12脈波整流,整流變壓器二次側(cè)設有2個繞組,1個三角形繞組,1個星形繞組,二次側(cè)繞組間的相移30°電角度。8臺整流變壓器分成兩組,采4#膠帶機4臺整流變壓器為一組;采6#膠帶機4臺整流變壓器為另一組。2組整流變壓器的1次繞組分別移相+7.5°電角度及-7.5°電角度,整個系統(tǒng)組成等效24脈波整流器,見圖1。

        3 結 語

        按照工程的實際情況,變頻系統(tǒng)采用等效24脈波整流形式,滿足電壓總諧波畸變率≤4.0 %的要求。相對于采用濾波器減少諧波的措施,所采用的措施是實用的、經(jīng)濟的。

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