淺析有源濾波器在選煤廠供電係統諧波治理中的應用與選型

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定 201801

摘要:針對選煤廠供電係統設計中諧波對電機等設備的影響，在研究了諧波危害以及諸多諧波治理方法的基礎上，采用有緣濾波器抑製供電係統中的諧波分量，從(cong) 而進一步提高供電係統供電質量。應用效果顯示，使用有源濾波器後的係統運行穩定，諧波分量抑製在可接受範圍內(nei) ，大部分電流諧波被過濾掉，功率因數由0.92提高到0.97，能夠為(wei) 以後類似的工程項目提供借鑒，改善礦井及選煤廠電網條件差的現狀。

關(guan) 鍵詞:選煤廠;供電係統;有源濾波器;諧波治理;諧波分量抑製

0引言

現代化的選煤廠一般都采用PLC或DCS進行自動控製，洗選過程中，由流量、壓力、密度等參數與(yu) 變頻技術結合形成的閉環控製係統得到更多的應用。在自動化程度提高的同時，由於(yu) 變頻器等應用增多，非線性的設備接入電網，會(hui) 將產(chan) 生的諧波電流反饋到電網中，進而通過電網阻抗產(chan) 生諧波壓降，引起電網電壓的畸變，供電係統的電能質量下降，不利於(yu) 係統的安全運行。由於(yu) 煤礦工業(ye) 係統技術人員對諧波重視程度不夠，沒有采取有效的諧波抑製措施，導致煤礦供電係統電網質量較差，有諧波引起的機電事故屢屢出現。

1諧波產(chan) 生原因分析

諧波的產(chan) 生根據其在供電係統中處的位置不同，原因可大致分為(wei) 3種情況:電源處本身具有的諧波、電源傳(chuan) 輸時產(chan) 生諧波及變頻器、電焊機等末端用電設備產(chan) 生的諧波。廠房中照明使用的氣體(ti) 放電燈的電路本身含有電弧，電弧的負阻特性也會(hui) 產(chan) 生諧波。

對選煤廠來說負載中諧波主要是由變頻器產(chan) 生的，現代化的洗煤廠，洗選過程通常采用“傳(chuan) 感器—控製器—變頻調節"的模式來進行密度、流量、壓力等工藝參數的自動調節。許多設備都需要使用變頻器，變頻器本身需要對正弦波電流進行“破壞重組"，即變頻的“整流—逆變"過程，在這個(ge) 過程中會(hui) 向電網反饋大量的諧波電流。雖然目前對變頻器的製作有諧波量的限製，有時還要在變頻器的輸入側(ce) 增加電抗器，來降低諧波對電網的影響，但從(cong) 目前來看，變頻器仍然是選煤廠供電係統主要的諧波來源。

2諧波危害

諧波對選煤廠供電係統的危害有以下方麵:

(1)對變壓器的危害

諧波電流對變壓器的危害主要表現在會(hui) 使變壓器產(chan) 生附加損耗，變壓器運行時產(chan) 生溫度升高、噪聲增大。另諧波中含有的無功分量會(hui) 占據部分變壓器容量，使得變壓器的實際輸出容量變小。在諧波環境下運行，加速絕緣老化，變壓器的壽命也會(hui) 降低。

(2)對供電線路的危害

諧波電流中含有較大的無功分量，會(hui) 增加線路的損耗，導致電纜過熱，降低其使用壽命。

(3)對無功補償(chang) 裝置的危害

諧波電流會(hui) 對係統的無功補償(chang) 裝置造成了不同程度的影響，流過補償(chang) 裝置的電流過大會(hui) 導致無功補償(chang) 裝置中的保險絲(si) 燒斷，甚至會(hui) 由於(yu) 電容過熱導致無功補償(chang) 裝置中的電容炸裂。

電力諧波除直接威脅無功補償(chang) 裝置的安全外，其對其他電氣設備壽命和線損的影響及對供配電係統安全運行的影響在很多方麵是逐步積累的，其作用過程具有漸進性、隱蔽性。另外諧波還會(hui) 影響到電力係統中微機自動綜合保護裝置的工作，對係統故障做出錯誤判斷，誤動作或者不動作，影響供電係統的安全運行。因此為(wei) 保證係統的安全性，應對係統的諧波進行治理。

3諧波治理方式

抑製諧波從(cong) 原理上來說方法較多，例如:采用較高的電壓等級，電壓等級越高，係統的短路容量越大，以某選煤廠為(wei) 例，洗選係統采用重介洗煤工藝，對諧波的承受能力也就越強;再有就是增加變頻器等變流設備的脈動數，理論上變流設備反饋回電網的隻有kP±1(k=1、2、3…，P為(wei) 脈動數)次的諧波，可見脈動數越多，諧波的產(chan) 生量越少。

在工程中抑製諧波的手段主要有2種:①無源濾波即在係統中增加濾波電路;②有源濾波。無源濾波可根據係統的諧波含量設計濾波電路，可濾掉固定頻次的諧波，主要由電感、電容和電阻等元器件按照一定的設計參數組合設計構成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，具有容量較大、結構簡單、經濟性好等優(you) 點，但是受本身原理的製約，其在生產(chan) 以後就隻能濾除某頻率範圍內(nei) 的諧波。

有源電力濾波器是一種主動性的電流補償(chang) 諧波治理濾波裝置，可通過互感器對係統電流進行采樣，通過控製器分析中其中的諧波成分，然後控製晶閘管動作，產(chan) 生一個(ge) 與(yu) 諧波電流大小一樣、方向相反的電流反饋到電網中，抵消電網中的諧波。有源電力濾波器可濾除係統中多次及高次諧波，治理效果好，但容量一般不大，且經濟性不如無源濾波器。

4有源濾波器的應用

設有兩(liang) 套重介洗選流程，自動化程度較高，重介淺槽入料泵、磁選尾礦泵、煤泥泵、加壓過濾機入料泵、壓濾機入料泵等設備均需要變頻控製。根據設備分布，其主要諧波源生產(chan) 車間為(wei) 主洗車間，該車間設有3台10/0.69kV變壓器，變壓器容量為(wei) 1600kVA，其中2台各自變壓器負擔一套重介係統的所有設備供電，另一台則負責為(wei) 2套重介係統配套的共用設備提供電源。其中1台變壓器下麵帶有6台變頻器(所帶的電機容量*大為(wei) 350kW)，設有1套480kVar的電容補償(chang) 裝置。

在工程調試過程中，由於(yu) 350kW變頻電機啟動時，使選煤廠內(nei) 一台2.2kW的小電機燒毀，更換電機後又出現同樣的現象。根據現場的情況進行分析，初步判斷是係統的諧波較大引起的，隨後對係統的諧波進行了檢測，係統的電壓、電流波形如圖1、圖2、圖3所示，係統A、B、C三相電壓、電流及諧波的數據見表1。

可見，係統電流波形已發生嚴(yan) 重畸變，電流畸變率已超過30%，其中以5次、7次諧波為(wei) 主。

選擇1套YD-APF有源濾波器進行諧波治理,YD-APF有源濾波器為(wei) 模塊化設計，可根據需補償(chang) 的電流容量，自由的選擇模塊數量。根據式(1)的計算結果可知，係統的諧波電流約177.9A,選擇有源濾波器容量為(wei) 225A,含有3個(ge) 75A濾波模塊有源濾波器在低壓配電室內(nei) 與(yu) 低壓櫃並排安裝，取樣互感器取自變壓器低壓出線側(ce) ，根據係統取樣數據,有源濾波器控製係統能自動計算出係統的諧波分量,並生成一個(ge) 大小一樣、方向相反的補償(chang) 電流補償(chang) 至供電係統中，從(cong) 而抵消供電係統中的諧波分量,使係統恢複平滑的正弦波形態。有源濾波裝置具有以下功能:

(1)實時監測。YD-APF全功能監控係統實時監測配電係統的電能質量，通過監控係統，可實時讀取電網側(ce) 、負載側(ce) 的THD,和THD.各相電流大小.補償(chang) 前後效果波形圖及有源電力濾波器發出的補償(chang) 電流大小、波形等一係列電能質量數據,操作簡單，讀取數據方便。

(2)係統設置。YD-APF全功能監控係統可設置工作模式、日期、CT變比及補償(chang) 模式等一係列功能。設置係統需要密碼才可以操作，保證機器獨立安全運行，所有設置項會(hui) 記憶並保存在係統中。

(3)後台監控。YD-APF有源濾波器RS485和網口,通過數據線或網線可與(yu) 計算機進行通訊。在計算機終端安裝後台監控軟件，即可實現對有源濾波器的遠程操作和控製,為(wei) 了解有源濾波器的運行提供了很大的便利。

其工作原理如圖4所示

4有源濾波器工作原理

通過安裝在低壓母線上的電流互感器對母線電流進行采樣,通過YD-APF有源濾波器內(nei) 置控製器對采樣信號進行分析,找出其中的諧波成分,然後控製晶閘管動作，產(chan) 生一個(ge) 與(yu) 諧波電流大小一致、方向相反的電流反饋到母線上,抵消電網中的諧波

5治理效果分析

投入濾波器後電網電流諧波絕大部分被濾除掉,波形顯示為(wei) 正弦波，總的電流畸變率由32%降為(wei) 3.3%，補償(chang) 率達到87%，功率因數由0.92提高到0.97,350kW變頻電機啟動時燒毀小電機的情況沒有再出現。可見投入有源電力濾波器後,電網中的諧波得到了顯著的抑製，並可以快速對變頻器等在運行過程中產(chan) 生的諧波快速響應，消除諧波，提高係統的電能質量。

6安科瑞APF有源濾波器產(chan) 品選型

6.1產(chan) 品特點

(1)DSP+FPGA控製方式，響應時間短，全數字控製算法，運行穩定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償(chang) 或特定次諧波進行補償(chang) ；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(4)模塊化設計，體(ti) 積小，安裝便利，方便擴容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控製，使用方便，易於(yu) 操作和維護；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力係統的影響；

(7)多機並聯，達到較高的電流輸出等級；

6.2型號說明

6.3尺寸說明

6.4產(chan) 品實物展示

ANAPF有源濾波器

7安科瑞智能電容器產(chan) 品選型

7.1產(chan) 品概述

AZC/AZCL係列智能電容器是應用於(yu) 0.4kV、50Hz低壓配電中用於(yu) 節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償(chang) 設備。它由智能測控單元，晶閘管複合開關(guan) 電路，線路保護單元，兩(liang) 台共補或一台分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲(si) 、複合開關(guan) 或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在櫃內(nei) 和櫃麵由導線連接而組成的自動無功補償(chang) 裝置。具有體(ti) 積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償(chang) 的更高要求。

AZC/AZCL係列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nei) 部晶閘管複合開關(guan) 電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

7.2型號說明

安科瑞無功補償(chang) 裝置智能電容方案

8結語

隨著選煤技術的發展,變頻器等非線性設備在選煤廠供電係統中得到越來越多的應用，提升了選煤廠的控製水平,但是其在工作過程中也產(chan) 生了更多的諧波，為(wei) 供電係統的運行帶來了新的問題，在現代工程中應重視對諧波的治理，維護供電係統安全可靠的運行。

參考文獻

[1]戴蘇偉(wei) ，直掛式電壓電力有源濾波諧波治理技術[.中州煤炭,2013(7):7273.

[2]曹婷.有源濾波器在選煤廠供電係統諧波治理中的應用[J].能源與(yu) 環 保

[3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版.

作者簡介

簡婷，女,現任職於(yu) 开云体育手机下载教程。