大紅山鐵礦二期膠帶機變頻傳動系統諧波的估算及減少諧波措施

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動，變頻器為非線性電源裝置，運行時會向電網注入高次諧波，污染電網。變頻器整流側基本單元為二極管橋式整流電路，產生特征諧波為5次、7次、11次、13次、17次、19次等次諧波。

1 系統配置及主要參數

大紅山鐵礦二期膠帶系統配置見表1。采4#、采6#膠帶輸送機均為雙滾筒四電機，采用四套變頻調速驅動，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”表中的數據計算諧波電流發生量。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——系統第h次諧波相電抗，Xh=hX1；

X1——系統基波相電抗，X1=U2/Sd(Ω)；

U——計算點電壓(kV)；

Sd——計算點系統短路容量(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母線系統短路容量Sd=80 WVA，系統基波相電抗，X1=U2/Sd=1.25 Ω，經計算電壓總諧波畸變率THDu %= 10.6667 %。

經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，整流變壓器二次側設有2個繞組，1個三角形繞組，1個星形繞組，二次側繞組間的相移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、經濟的。