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中频炉谐波影响和应对

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 山东顺源电炉中频电炉,高频炉,超音频,冷却塔;

向公用电网注入谐波电流的非线性电气设备称之为谐波源。锻压工厂使用的感应加热设备,就是多个谐波源的集合。

1、晶闸管型中频变频器中的三相全控桥式整流器和逆变器都是谐波源。其中,由整流器产生的谐波对电网的影响是最主要的。
2、电力电容器本身并非谐波源,但电容器组合闸时,涌流注入电网会成为暂态性谐波源,特别是当电容器支路调谐不当时,会引起有害的谐波谐振及谐波放大现象。
3、整流变压器参数选择不当,设计结构和制造工艺不良,铁心材料质量差,也会产生较大的谐波并向电网注入大量谐波,成为谐波源。
所有谐波源中,晶闸管中频变频器中的整流器产生的谐波电流是主要的谐波源。
这些谐波电流注入供电系统,在供电线路上产生电压降,谐波电压与基波电压迭加,致使公共连接点(用户接入公用电网的连接处)电压波形畸变。另外,晶闸管型中频变频器的晶闸管换相时,在电网正弦电压波上产生缺口,也加重了电压波形畸变。
    谐波对电网造成的危害是多方面的:
1、对电气设备的影响
当谐波数h=3k-1次时,谐波电压分量为逆序分量(2、5、8……),产生逆序磁通,使电动机产生反转力矩,引起发电机定子、转子产生附加损耗和附加温升,转子尤为严重,而影响发电机输出,导至电动机的功率因数和最大转矩下降。变压器的激磁电流额外加大。功率损耗增加影响仪表的准确度。(有关资料介绍:电压畸变率超过10%会导致电子开关产生误动作,超过5%会导致计算机系统紊乱。)
2、对电力电容器造成的损害。
谐波增加电容器介质的局部放电和热老化,使其损耗增加,从而使电容器因温升而导致损坏。有时会产生谐波放大,使电容器损坏加快。还会引起机械振动。
③对自控系统和继电保护造成不良影响
④对输配电线路造成不良影响。
 
   谐波影响的抑制措施
1、增加短路比。
短路比是指电网短路容量与变频器额定功率的比值。如未采取谐波抑制措施,为保证电能质量,必须对变频器额定功率加以限制,即增加短路比。
 
2、分别提高整流变压器的网侧及阀侧电压等级,加强系统承受谐波的能力。
3、利用整流变压器的相位移和提高整流相数抑制谐波
在一般情况下,整流器这类谐波源的电流含有的特征谐波次数h与整流相数在理论上有以下关系:
h=kP±1
 
由此可见,增加整流相数这一措施对减少谐波电流是十分有效的。而增加整流相数,就是通过改变整流变压器的结线方式和改变移相绕组的组合来实现的。
以2000kW中频变频器、12脉波整流变压器。660V50Hz阀侧电压为例作谐波分析。
11、13、23、25次谐波电流见下表:
 
 Ih —— h次谐波电流Ih =Id'×Kh×0.066
Idq —— 是一组Y(或△)6脉波整流的直流电流值。
Id'—— 是一组Y(或△)6脉波整流的基波方均根值。
Kh —— 谐波系数,计算和仿真频谱图中得出。
0.066 —— 整流变压器变比,660V/10kV
35、37次谐波可忽略不计。
国家标准GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》对电网中注入的谐波加以规范。该标准中的《注入公共连接点的谐波电流允许值》规定在基准短路容量100MVA、10kV标准电压时,谐波电流(方均根值)不应超过下表的数值:
 
 当电网公共连接点的最小短路容量不同于上表基准短路容量时,可按下式修正上表的谐波电流允许值.
式中:Sk1 —— 公共连接点的最小短路容量,MVA
 Sk2 —— 基准短路容量,MVA
 I hp —— 上表中的第h次谐波电流允许值,A
 I h —— 短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值,A
 
    只要公共连接点的最小短路容量不小于117MVA,2000kW660V进线12脉动整流谐波电流值就已接近有关标准。但国标还规定,同一连接点的每个用户,向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与公共连接点的供电设备容量之比进行分配,这样,虽可接近标准容量但实际达标很难。
总之,提高整流相数是减少谐波电流的有效措施,一般大功率中频变频器往往需要多台并联,因此,在12脉波以下(含12脉波)一般不会增加投资。脉波数超过12时,要考虑对投资和维修带来的影响,应控制使用。36脉波以上对减少谐波已无明显效果,不推荐使用。
4、低压侧加装无源型交流滤波与无功补偿装置
该装置主要由电容器、滤波电抗器、微电脑控制器、接触器、断路器组合而成,与谐波源并联。在实际运用中根据谐波电流成份大小以及无功要求情况进行专门设计,该装置向谐波源提供一个低阻抗通道,谐波电流大部分流入滤波器(滤波效果可达90%以上),使电网畸变减小,而对于基波频率(50Hz)滤波装置可向电网提供无功功率,以提高功率因数,达到无功补偿效果。
在低压侧加装无源型交流滤波与无功补偿装置,投资小(是高压侧的1/3,是有源滤波器的1/20)、效果好,因与谐波源并联,能就地吸收大量谐波,使整个用户的用电系统损耗降低、干扰排除。因此,它是当前解决谐波超标的较好方案。


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