諧波干擾對使用模擬控制方式整流裝置的影響

成金平，吳彬，馮新建，劉國平

（新疆天業天辰化工有限公司，新疆石河子832000）

諧波干擾對使用模擬控制方式整流裝置的影響

成金平，吳彬，馮新建，劉國平

（新疆天業天辰化工有限公司，新疆石河子832000）

介紹了諧波對整流控制系統和保護系統的影響。經過采取幾種控制方式后，電流監控曲線顯示平穩。

諧波；整流裝置；影響；控制措施

由于電力電子技術在電氣設備中的廣泛應用，以及其他非線性負荷的不斷增加，配電網絡中的諧波污染問題日益嚴重，已危及電力網和用電設備的安全和經濟運行。諧波問題的分析和綜合治理也日益成為電網工作者廣泛關注的課題。治理好諧波，不僅能降低電能損耗，而且能延長設備使用壽命，改善電磁環境，提高產品的品質。嚴格意義上講，電力網絡的每個環節，包括發電、輸電、配電、用電都可能產生諧波，其中，產生諧波最多的部分是用電環節。交流整流直流用電設備產生諧波的原因是由于整流設備有1個閥電壓，在小于閥電壓時，電流為零。這類用電設備為了提供平穩的直流電源，在整流設備中加入了儲能元件（濾波電容和濾波電感），從而使閥電壓提高，加大了諧波的產生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流，在整流設備中應用了可控硅，這使得該類設備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數比較高。

石河子開發區天業化工有限責任公司引進日本旭化成自然循環離子膜電解槽，一期4臺于2004年11月正式投產，二期5臺于2005年8月投入使用。為提高功率因數，4臺一拖二整流變壓器構成48脈波的運行方式，1臺一拖一的整流變壓器單獨使用6脈波運行方式。離子膜整流裝置為同相逆并聯晶閘管整流，穩流控制器使用HSC6F-2型控制板，保護使用OMRON CH200HE型PLC。平均運行電流為12 000 A。35 kV功率因數經補償后為0.940~0.950。

1 諧波對整流控制系統的影響

從2004年一期運行開始，到2005年11月，多次發生整流系統電流波動，有時可達3 000 A，干擾嚴重時引起整流裝置丟失脈沖而停車。1號整流變壓器A柜交流母線振動較嚴重。當1號整流變壓器A柜輸出電流調整到8 000 A左右時，會發生柜體共振，電流繼續上升，則共振現象消失。2005年11月，諧波吸收及功率因數補償裝置投入運行后，整流裝置運行平穩，交流母線振動情況基本沒有再發生。隨著天辰一期40萬t/a PVC項目投產，電石和水泥的擴建，網側電源質量發生變化，整流單槽電流經常會發生50 A~100 A的波動。通常，持續幾秒鐘即可恢復正常的波動，可不用處理，持續時間較長的波動，可調換擋位或調整單槽電流即可解決。在整流穩流控制系統附近使用電弧焊機，會由于磁場輻射引起正在運行的整流柜輸出電流大幅波動，應盡量避免這種操作。綜上所述，根本的解決方法是將電網并入大網增強抗干擾能力，或重新測量并確定LC諧波吸收裝置參數以適應網上諧波的變化。

2 諧波對整流保護系統的影響

為防止諧波通過控制電源對PLC形成干擾，離子膜電解整流裝置使用了10 kW的UPS電源，單獨給整流穩流控制單元供電。為避免PLC輸入信號線引入干擾，信號線全部使用屏蔽軟線并可靠單端接地。運行初期，PLC曾出現多次誤報警，更換相應卡件后不久又出現誤報警情況。重做PLC單獨接地和信號線屏蔽層單端接地均不起作用。誤報警內容經常變化，有時會引起停車，甚至燒毀24 V開關電源。使用諧波吸收裝置后，故障現象已徹底消失。

3 模擬控制整流系統運行中諧波的控制

針對諧波的產生和傳播的特點，采取相應的隔離、補償和減小等措施。在配電網中，主要存在的是3次諧波污染，可以在諧波檢測的基礎上，通過適當加裝濾波設備來減小諧波注入電網。對于各種電氣設備的設計者，在設計初始，就要考慮其設備的諧波污染度，將諧波限制在標準允許的范圍內。

晶閘管整流裝置本身就是一個諧波源，不僅對電網造成污染，而且相互之間也會有一定的影響，嘗試使用以下方式對諧波加以控制后，取得了較好的效果。

（1）在網側電源質量較好的情況下，運行在合適的控制角，能夠提高功率因數，減少諧波分量，但控制角太小，抗干擾能力會下降，通常控制在5°左右比較合適。

（2）整流柜自帶的阻容吸收能夠起到一定的作用，但要取得好的運行環境，通常還要外加諧波吸收及功率因數補償裝置。諧波的治理主要采用無源濾波裝置和有源濾波器。

a.無源濾波裝置主要采用LC回路，并聯于系統中。LC回路的設定，只能針對于某一次諧波，即針對于某一個頻率為低阻抗，使得該頻率流經為其設定的LC回路，達到消除（濾除）某一頻率的諧波的目的。LC回路在濾除諧波的同時，在基波對系統進行無功補償。這種濾波裝置簡單，成本低，但不能濾除干凈，其主要元件為投切開關、電容器、電抗器以及保護和控制回路。

b.有源電力濾波器。這種濾波器是用電力電子元件產生一個大小相等，但方向相反的諧波電流，用以抵銷網絡中的諧波電流。這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件，成本高，在其額定功率范圍內，原則上能全部濾除干凈。

（3）穩流控制柜供電電源如不用UPS，則加裝隔離變壓器或電源濾波器，以減少電源諧波分量對控制線路和PLC的影響。

（4）穩流控制柜到控制屏的信號線使用單獨的金屬橋架敷設，不與使用變頻器的電機負荷線同槽并行，同時橋架可靠接地。

（5）整流控制部分使用單獨接地系統，與設備接地和電氣設備接地系統留一定的間距，防止因電氣接地系統引入干擾。

（6）經常檢測電網諧波分量，及時對LC諧波吸收和功率因數補償裝置作出適當調整。

經過以上改進措施，該公司9臺電解槽從2006年運行至今，DCS電流監控曲線顯示平穩，由于網上大型變壓器投切等操作造成的整流器輸出電流波動范圍也在200 A以內，取得了較好的效果。

Influence and control of harmonic interference of analog control mode rectifier

CHENG Jin-ping,WU Bin,FENG Xin-jian,LIU Guo-ping
(Xinjiang Tianye Tianchen Chemical Co.,Ltd.,Shihezi 832000,China)

The influence of harmonic for rectification system and protection system were introduced.The curve of current monitoring was smooth after adopting control measures.

harmonic;rectifier;influence;control measures

TM461

B

1009－1785(2011)01-0005-02

2010-09-20