某電廠(chǎng)諧波引起雙電源頻繁切換問(wèn)題分析

孫建鵬

（上海電氣電站環(huán)保工程有限公司，上海 201199）

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的電力電子設(shè)備在工業(yè)和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，比如變頻器、可控硅整流設(shè)備等。

但隨之而來(lái)的，也出現(xiàn)了電力電子設(shè)備帶來(lái)的諧波對(duì)電能質(zhì)量的損害問(wèn)題。

諧波帶來(lái)的危害一般會(huì)使變壓器、電動(dòng)機(jī)的損耗、振動(dòng)及噪聲增大，加速設(shè)備絕緣老化；使得輸電線(xiàn)路有功損耗增大，電壓損失增大；引起電力系統(tǒng)諧振，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成隱患；使儀表的測(cè)量及計(jì)量裝置誤差增大。影響自動(dòng)裝置、繼電保護(hù)的穩(wěn)定運(yùn)行，引起拒動(dòng)、誤動(dòng)。

目前環(huán)保問(wèn)題，受到越來(lái)越高的重視，許多電廠(chǎng)進(jìn)行了煙氣脫硫脫硝改造。在脫硝工程中，可控硅調(diào)功器因其可實(shí)現(xiàn)較為線(xiàn)性的在線(xiàn)溫度調(diào)節(jié)與控制，在尿素?zé)峤夥üに嚨碾娂訜崞髟O(shè)備上，有較廣泛的應(yīng)用。

1 工程背景

某電廠(chǎng)進(jìn)行煙氣脫硝改造，采用尿素?zé)峤夥?。熱解爐電加熱器采用可控硅調(diào)功器，在線(xiàn)調(diào)溫。電加熱器控制柜電源引自脫硝MCC（電動(dòng)機(jī)控制中心）段。

脫硝MCC段，主接線(xiàn)型式為單母線(xiàn)，兩路電源采用CB級(jí)雙電源自動(dòng)切換裝置，自投自復(fù)，以提高供電可靠性。

系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)脫硝MCC段運(yùn)行不穩(wěn)定，雙電源頻繁切換，切換后電加熱器控制柜跳閘，尿素?zé)峤庀到y(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

2 故障原因分析

2.1 雙電源頻繁切換原因分析

故障發(fā)生后，對(duì)故障進(jìn)行排查。

（1）檢查雙電源切換裝置、MCC段電加熱器饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)、電加熱器控制柜一次、二次接線(xiàn)，接線(xiàn)無(wú)誤。

（2）檢查雙電源切換裝置、MCC段電加熱器饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)、電加熱器控制柜出廠(chǎng)試驗(yàn)記錄，實(shí)驗(yàn)記錄合格。

（3）斷電狀態(tài)下，重新對(duì)雙電源切換裝置、MCC段電加熱器饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)、電加熱器控制柜進(jìn)行電氣交接試驗(yàn)及操作試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。

根據(jù)以上檢查結(jié)果，分析故障原因存在于帶電運(yùn)行過(guò)程中，初步判斷為電加熱器可控硅調(diào)功器，在運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生的諧波，對(duì)雙電源自動(dòng)切換裝置的控制器產(chǎn)生了影響，引起誤動(dòng)，造成雙電源頻繁切換。

重新帶電運(yùn)行后，對(duì)脫硝MCC段諧波電壓進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示以5次、7次、11次、13次諧波為主，如表1所示。

表1 諧波電壓測(cè)量值

根據(jù)GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波》第4條：380V電網(wǎng)諧波電壓限制如表2所示。

表2 公共電網(wǎng)諧波電壓

實(shí)測(cè)諧波電壓超標(biāo)。電子設(shè)備，智能儀表一般要求運(yùn)行環(huán)境諧波電壓在5%以下。脫硝MCC段雙電源切換裝置控制器，裝置電源采用交流220V/50Hz，取自常用電源和備用電源主回路。

根據(jù)以上分析，判斷雙電源頻繁切換的原因?yàn)椋娂訜崞骺煽毓枵{(diào)功裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的諧波電壓，對(duì)雙電源自動(dòng)切換裝置控制器產(chǎn)生干擾，引起裝置誤動(dòng)，且裝置動(dòng)作選擇自投自復(fù)，故產(chǎn)生了行時(shí)頻繁切換的問(wèn)題。

2.2 電加熱器控制柜跳閘原因分析

電加熱器采用可控硅調(diào)功，根據(jù)設(shè)定溫度，在線(xiàn)調(diào)節(jié)，閉環(huán)控制。電加熱器控制柜控制原理圖如圖1所示。

由圖1可知，電加熱器一次配電回路主要由斷路器QF，接觸器KM1和可控硅調(diào)功元件構(gòu)成。通過(guò)斷路器QF實(shí)現(xiàn)一次回路的短路和過(guò)載保護(hù)功能，正常運(yùn)行時(shí)，斷路器QF閉合，短路和過(guò)載時(shí)，QF分閘。通過(guò)接觸器KM1實(shí)現(xiàn)電路正常運(yùn)行的分合閘控制。

二次回路電壓為交流220V/50Hz，電源引自主回路C相，控制回路可以經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程閉鎖。加熱器的啟?？梢赃x擇就地/DCS啟停，通過(guò)就地/遠(yuǎn)方選擇開(kāi)關(guān)，控制箱上按鈕，以及DCS觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。其基本原理均為通過(guò)控制接觸器KM1的主觸頭動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)一次回路的通斷。

圖1 電加熱器控制原理圖

如圖，當(dāng)就地或遠(yuǎn)方合閘按鈕閉合后，控制回路接通，接觸器KM1線(xiàn)圈得電動(dòng)作，主回路接通，同時(shí)KM1的自保持觸點(diǎn)閉合，KM1保持為動(dòng)作狀態(tài)，電加熱器就得以持續(xù)運(yùn)行。

結(jié)合電加熱器柜控制原理圖，對(duì)電加熱器誤動(dòng)跳閘原因進(jìn)性分析。因電加熱器柜電源取自脫硝MCC段,當(dāng)脫硝MCC段進(jìn)線(xiàn)雙電源切換開(kāi)關(guān)因諧波影響發(fā)生誤動(dòng)切換時(shí)，電加熱器控制柜會(huì)有約3S的失電時(shí)間（CB級(jí)雙電源切換開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間為3S），在這3S的失電時(shí)間中，接觸器KM1線(xiàn)圈失去工作電壓而返回，KM1主回路觸點(diǎn)及自保持回路觸點(diǎn)均分閘，電加熱器停運(yùn)。

簡(jiǎn)言之，電加熱器控制柜跳閘的原因是因控制回路電源取自動(dòng)力電，在雙電源因諧波干擾而切換的短暫斷電時(shí)間內(nèi)，接觸器不能維持吸合而跳閘。

3 處理措施

3.1 雙電源頻繁切換處理措施

雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)頻繁切換的原因在于諧波對(duì)控制器電子元件的影響。那么，解決問(wèn)題的方法在于：

3.1.1 消除諧波源

消除諧波源的方法一般有：（1）取消產(chǎn)生諧波的設(shè)備。本項(xiàng)目中，產(chǎn)生諧波的設(shè)備為電加熱器，因工藝技術(shù)的需要，此設(shè)備不能取消。（2）采用無(wú)源濾波器抑制諧波。采用LC無(wú)源濾波器，合理配置電感、電容參數(shù)，可以為諧波提供并聯(lián)通路，達(dá)到濾除諧波的效果。一般應(yīng)用于濾除固定頻率的諧波。（3）采用有源濾波器抑制諧波。采用有源濾波器工作原理為，將有源濾波串聯(lián)于電路中，產(chǎn)生與諧波相反的波形，從而達(dá)到消除諧波的目的，但一般造價(jià)較高。（4）采用組合型濾波器。組合型濾波器為無(wú)源濾波器和有源濾波器的合理組合。采用無(wú)源濾波濾除固定頻率諧波，有源濾波對(duì)其他諧波進(jìn)行濾除?？梢匀〉幂^好的諧波濾除效果的同時(shí)，降低造價(jià)。

3.1.2 避免諧波對(duì)設(shè)備的影響

本項(xiàng)目中雙電源切換開(kāi)關(guān)的控制器電源取自主回路，受到了主回路諧波的干擾，那么把控制器電源獨(dú)立出來(lái)，應(yīng)該可以避免主回路諧波的干擾，比如控制器電源采用UPS電源，直流電源。

本項(xiàng)目具體情況為MCC配電間已建，不具備加裝設(shè)備的位置，故采用加裝濾波器的方法，暫不可行。另外，因本項(xiàng)目為大型火力發(fā)電廠(chǎng)內(nèi)項(xiàng)目，電加熱器功率相對(duì)發(fā)電機(jī)容量很小，且電加熱器上級(jí)發(fā)電廠(chǎng)供配電系統(tǒng)，具有諧波治理裝置，故電加熱器產(chǎn)生的諧波，對(duì)上級(jí)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)產(chǎn)生的影響可以忽略。

3.1.3 具體措施

結(jié)合電廠(chǎng)的具體情況，考慮給雙電源切換開(kāi)關(guān)控制器外接獨(dú)立電源的方法。因控制器所需電源為220V/50Hz,且UPS電源可靠性高，故解決脫硝MCC段雙電源誤動(dòng)切換的方案為：①將控制器電源改為外接交流220V/50HZ UPS電源。②將雙電源切換開(kāi)關(guān)的切換方式，由自投自復(fù)（常用電源失電，備用電源自動(dòng)投入，常用電源恢復(fù)正常，再自動(dòng)切回常用電源），改為自投不自復(fù)（常用電源失電，備用電源自動(dòng)投入，常用電源恢復(fù)正常，不再自動(dòng)切回常用電源），以降低誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 電加熱器柜跳閘處理措施

電加熱器柜跳閘原因，在于接觸器失電，主回路開(kāi)斷。那么，解決問(wèn)題的辦法，在于找到穩(wěn)定可靠的控制回路電源，使上級(jí)雙電源切換的過(guò)程中，控制回路不失電。控制回路電源參數(shù)為交流220V/50Hz。

所以，解決方案為：將電加熱器柜控制回路電源，由主回路C相，改為外接交流220V/50Hz UPS電源。

4 處理效果

按照上述處理措施，對(duì)雙電源切換開(kāi)關(guān)控制器的電源進(jìn)行了改造，切換方式控制字進(jìn)行調(diào)整。對(duì)電加熱器控制柜的控制回路電源進(jìn)行了改造。

改造后，雙電源切換開(kāi)關(guān)運(yùn)行穩(wěn)定，不再出現(xiàn)頻繁切換的現(xiàn)象。電加熱器控制柜也未出現(xiàn)誤動(dòng)跳閘的現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

本文記述了某電廠(chǎng)脫硝系統(tǒng)試運(yùn)行時(shí)，發(fā)生雙電源頻繁切換，及電加熱器控制柜跳閘的故障，分析了問(wèn)題的原因在于諧波對(duì)控制器的干擾。結(jié)合電廠(chǎng)具體情況，提出了針對(duì)性的解決措施，可供電氣同行在遇到類(lèi)似問(wèn)題時(shí)參考。

對(duì)諧波問(wèn)題的處理，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，主要從避免諧波對(duì)設(shè)備的影響和消除諧波兩方面入手。諧波治理應(yīng)就地進(jìn)行，除采用濾波器外，還可以對(duì)諧波源做改造，比如采用“綠色變頻器”，目前運(yùn)用較廣泛。另外，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的SVG、STATCOM裝置，以及同步補(bǔ)償機(jī)也應(yīng)用于諧波的治理。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，諧波問(wèn)題的處理，會(huì)有更多更好的解決辦法。