除塵器高頻電源回路串聯(lián)電抗器抑制諧波分析

吳長波

（國能寶清煤電化有限公司，黑龍江 雙鴨山 155600）

靜電除塵器高頻電源使用大功率開關(guān)電源非線性元器件，工作中產(chǎn)生奇次電流諧波，使除塵380 V低壓設備工作時發(fā)熱量增大，曾導致電除塵振打加熱器柜元器件溫度過高，發(fā)生2次不明原因的著火。

要想減小諧波影響，應首先對諧波源采取適當?shù)募夹g(shù)措施，并根據(jù)諧波大小、措施經(jīng)濟性等綜合比較確定方案。對于基準短路容量為10 MVA低壓電網(wǎng)，根據(jù)GB/T 14549—1993標準：380 V低壓電網(wǎng)各次電壓奇次諧波含有率不大于4%；注入電網(wǎng)的諧波電流允許值不大于62 A（3次）、不大于62 A（5次）、不大于44 A（7次），這個標準是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電網(wǎng)諧波電壓控制在允許范圍之內(nèi)，使接在電網(wǎng)中的電氣設備免受諧波干擾。為降低改造費用，本次通過在一次電源回路中串聯(lián)干式電抗器，使諧波源產(chǎn)生的諧波電流減小，降低注入電網(wǎng)諧波電流幅值、降低諧波對周邊電氣設備的干擾。

三相交流電源經(jīng)電抗器產(chǎn)生電壓降，具有抑制電流高次諧波作用，可以降低各奇次電流諧波向除塵器380 V低壓母線的注入，通過試驗，對不加裝電抗器與加裝電抗器前后對比進行分析。

1 諧波源檢測

為提高靜電除塵器除塵效率，在#1爐2臺除塵器的頂部1、2電場安裝8臺高頻電源，工作時產(chǎn)生奇次電流諧波，多個諧波源相互疊加、相互影響。通過檢測全面了解高頻電源產(chǎn)生的諧波特性，檢測出諧波源向電網(wǎng)注入的各次諧波電流數(shù)據(jù)，找到諧波源治理的方法。以#1爐3室1電場高頻電源為例，在高頻電源柜處利用DEWE-571電能質(zhì)量分析儀進行檢測，當未加電抗器時，高頻電源380 V電源側(cè)諧波電流數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 未加電抗器時的高頻電源380 V電源側(cè)諧波電流數(shù)據(jù)

檢測高頻電源5次電流諧波含量超標，5次電壓諧波含有率偏高。除塵器變壓器容量2 000 kVA，每臺高頻電源額定電流275 A（正常工作時，電流一般在190 A左右），單臺容量占比約9%。高頻電源工作時，其整流裝置將非正弦電流反饋至電除塵器低壓380 V母線，使接于低壓母線上的振打電動機、加熱器電纜等產(chǎn)生非正弦的壓降，使電壓波形產(chǎn)生不同程度的畸變，畸變的電壓又影響整流裝置。除塵器整流裝置產(chǎn)生的諧波電流是電除塵器低壓交流電網(wǎng)中的主要諧波源。各次諧波波形示意圖如圖1所示。

圖1 各次諧波波形示意圖

對以上檢測數(shù)據(jù)進行分析，5次電流諧波不滿足國標要求，需要采取限制措施，以提高380 V低壓電網(wǎng)質(zhì)量。電流諧波在電除塵低壓電網(wǎng)中的危害性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①諧波電流會使振打電機鐵芯產(chǎn)生附加損耗，使電機本體發(fā)熱量增大、噪聲增大，加速電機定子繞組絕緣老化，諧波使電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸電流，加速電機軸承損壞；②諧波電流使電纜線路發(fā)熱，電纜線路對地電容容易使諧波放大，易造成電纜絕緣損壞；③高次諧波電流會加速振打加熱器柜中380 V限流式斷路器殼體和內(nèi)部塑料器件的老化，降低其阻燃特性，甚至會引發(fā)火災事故；④電網(wǎng)諧波含量超標，增加了電網(wǎng)發(fā)生諧振的可能，引發(fā)很高的過電流或過電壓事故；⑤諧波干擾通信系統(tǒng)影響測量裝置的正常數(shù)據(jù)傳輸。

諧波電壓是由非線性用電負荷（一般為諧波電流源）產(chǎn)生的，為了控制電除塵器低壓母線電源諧波，必須采取相應的措施，限制高頻電源向電除塵低壓母線注入電流諧波，減少低壓用電設備諧波電流含有量。

2 串聯(lián)電抗器解決方案

在高頻電源回路中加入一個合適電抗器，利用電感具有阻止交流電流突變的特性，使得電路中諧波電流變化變緩，從而使電源電流中的諧波含有量數(shù)值減小。

式（1）中：L為電感，H；f為基波的頻率，Hz。

根據(jù)式（1），以電抗器電源側(cè)基頻電壓為380 V為例。

5%電壓降時，每相電感值：

7%電壓降時，每相電感值：

按基波頻率50 Hz的壓降5%、7%制作電抗器，按圖2所示接入高頻電源回路。串聯(lián)電抗器主要作用是抑制高頻電源工作時產(chǎn)生的5次電流諧波，阻止注入到電除塵380 V低壓電網(wǎng)，減小電流諧波含有量。

圖2 高頻電源回路

3 串聯(lián)電抗器試驗

按照圖2，分別進行電抗器5%、7%壓降抽頭諧波檢測試驗，檢測接入電抗器后，電抗器兩端諧波數(shù)據(jù)變化情況。

加裝5%壓降電抗器，380 V電源側(cè)的諧波實驗數(shù)據(jù)如表2所示。加裝5%壓降電抗器，高頻電源側(cè)的諧波實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 加裝5%壓降電抗器時的380 V電源側(cè)諧波實驗數(shù)據(jù)

表3 加裝5%壓降電抗器時的高頻電源側(cè)諧波實驗數(shù)據(jù)

加裝7%壓降電抗器，380 V電源側(cè)的諧波實驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 加裝7%壓降電抗器時的380 V電源側(cè)諧波實驗數(shù)據(jù)

加裝7%壓降電抗器，高頻電源側(cè)的諧波實驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 加裝7%壓降電抗器時的高頻電源側(cè)諧波實驗數(shù)據(jù)

從以上試驗得出，串聯(lián)電抗器可以降低高頻電源產(chǎn)生的電流諧波對電網(wǎng)的影響。以A相檢測的數(shù)據(jù)進行分析。

加裝電壓降為5%的電抗器時，對380 V低壓電網(wǎng)的諧波影響情況：5次諧波電流含有量由90 A降為52.5 A，達到國標要求；5次諧波電壓含有率由7.8%降為6%，有所改善。380 V電源側(cè)各次諧波電流含有量均滿足國標要求，但高頻電源側(cè)的電壓諧波有輕微的放大，5次諧波電壓含有率由7.8%增加到10.3%，7次諧波電壓含有率由3.8%增加到4.3%。

加裝電壓降為7%的電抗器時，對380 V低壓電網(wǎng)的諧波影響情況：5次諧波電流由90 A降為51.4 A，滿足國標要求；5次諧波電壓含有率由7.8%降為5.8%，有所改善。380 V電源側(cè)各次諧波電流滿足國標要求，但高頻電源側(cè)的電壓諧波有輕微的放大，5次諧波電壓含量有率由7.8%增加到11.5%，7次諧波電壓含有率由3.8%增加到4.8%。

經(jīng)測試數(shù)據(jù)比較，選擇壓降為5%的電抗器，可以阻止5次諧波電流向低壓380 V除塵器低壓母線的注入，同時由于電抗器的加入，使高頻電源側(cè)諧波電壓有輕微放大，經(jīng)計算不會對高頻電源電氣設備運行造成影響，故選擇壓降為5%的電抗器是比較適宜的。

4 結(jié)論

理論分析和實驗數(shù)據(jù)表明，當電源奇次諧波電流含量超標，且不超過20%國標值的情況下，在電源回路中加裝串聯(lián)電抗器改善電網(wǎng)諧波含量方法是可行的。足夠強的諧波源對電氣設備安全、穩(wěn)定運行構(gòu)成潛在威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來極大影響，應引起重視，解決方法是要限制諧波源，消除電網(wǎng)參數(shù)的不利配合，在諧波治理過程中，為降低諧波治理投資費用，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，適當選擇串聯(lián)電抗器方式，當諧波含量嚴重超標，需采取投資相對比較高的限制諧波技術(shù)方案。