基于府谷電廠空冷島諧波問題的分析與研究

辛剛+刁同坡+焦玉剛+駱長勇

摘要：文章根據(jù)陜西德源府谷能源有限公司空冷島低壓廠用電系統(tǒng)的實際情況提出了測試方案并付諸實施，對采集的諧波數(shù)據(jù)進行了詳細分析，并針對所存在的諧波問題，提出了裝設濾波補償裝置的治理方案。

關鍵詞：諧波；空冷島；無源濾波器；有源濾波器；混合型有源濾波器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK264 文章編號：1009-2374（2016）35-0189-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.092

我國北方煤炭資源豐富，火力發(fā)電項目較多，但由于北方水資源匱乏，在火電項目中，對傳統(tǒng)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)開始采用國際上較流行的空冷島冷卻技術。在空冷島直接空冷系統(tǒng)中，風機使用變頻器控制帶來的最大不利影響是：產(chǎn)生大量諧波，而且眾多變頻器并聯(lián)運行產(chǎn)生的諧波相互疊加，不僅會影響電動機正常運行，還會導致供電設備絕緣發(fā)熱損壞等。本文針對陜西德源府谷能源有限公司空冷島低壓廠用電系統(tǒng)的諧波問題做了詳細的測試和分析，并提出了多種解決方案。

1 府谷電廠空冷島廠用電系統(tǒng)的諧波情況簡介

府谷發(fā)電廠600MW空冷發(fā)電機組，在空冷島低壓廠用電系統(tǒng)中，設置了4臺低壓干式變壓器和4段低壓PC工作母線。4段低壓PC母線中，共接56臺110kW的空冷風機，每臺空冷風機配置1臺低壓變頻器，每段低壓PC工作母線段帶14臺110kW低壓變頻器。

空冷島直接空冷系統(tǒng)風機使用變頻器控制會產(chǎn)生大量諧波，而且眾多變頻器并聯(lián)運行產(chǎn)生的諧波相互疊加比較復雜。諧波會影響電動機的正常運行，還會導致供電設備絕緣發(fā)熱損壞、系統(tǒng)周圍的控制保護設備拒動或誤動，尤其是對電子設備影響更大。

針對低壓380V母線及高壓10KV母線系統(tǒng)，變頻器負載產(chǎn)生的諧波究竟有多大，采用什么樣的方法治理，諧波治理設備容量選擇多大等問題困擾著用戶方和設計方。為了徹底解決上述問題，根據(jù)府谷電廠空冷島廠用電系統(tǒng)的具體情況，制定了相應的測試方案，對空冷島諧波數(shù)據(jù)進行測試，并根據(jù)測試結果提出了空冷島諧波治理的解決方案。

2 府谷電廠空冷島諧波測試

府谷電廠空冷島風機冷卻系統(tǒng)自投運以來，接連發(fā)生了變壓器和電動機損壞事故，2009年12月8日空冷變1B1損壞，B、C相對鐵芯放電，C相電纜接線板對鐵芯夾件放電嚴重；2010年5月5日1A2空冷變壓器損壞，10kV側(cè)A、B、C三相高壓線圈下端弧光短路，變壓器高壓側(cè)線圈連線（銅棍）接線鼻子燒斷。2009年6月25日#2機四列七電機損壞；2009年9月2日#2機七列三電機損壞；2010年1月29日#2機五列三電機損壞；2010年6月3日#1機五列一電機損壞；2010年6月19日#1機一列七電機損壞。為了查清電機及變壓器損壞的原因，對府谷電廠兩臺機組空冷島變頻器系統(tǒng)的變壓器高壓側(cè)、低壓400V工作母線段、變頻器輸入和輸出側(cè)的參數(shù)進行測試。對比空冷島低壓廠用電系統(tǒng)電壓和電流的3～25次奇次諧波含量同國家標準的差別，通過分析現(xiàn)場采集的即時數(shù)據(jù)和連續(xù)運行數(shù)據(jù)得出：

第一，空冷變10kV側(cè)的電壓諧波主要表現(xiàn)為3、9、11、13次，其中諧波電壓的最大值在2號機10kV B2段電壓的3次諧波，為國標值的12%；空冷變10kV側(cè)的電流諧波主要表現(xiàn)為5、7、11次。諧波電流的最大值在1號機10kV A2段電流5次諧波，為國標值54.5%。

第二，空冷變400V側(cè)的電壓諧波主要表現(xiàn)為5、7、11、13和23次，其中諧波電壓最大值在1號機400V B1段電壓的5次諧波，為國標值的203%；除5次諧波電壓超標嚴重外，主要的幾個諧波電壓均達到了國標值的50%以上?？绽渥?00V側(cè)的電流諧波主要表現(xiàn)為5、7、11、13次，其中5、7次尤為突出。諧波電流的最大值在1號機400V A1段電壓的5次諧波，為國標值的874%；7次和11次諧波電流亦為國標值的3倍以上。

第三，變頻器輸入側(cè)的電壓諧波主要表現(xiàn)為5、7、11、13和23次，其中諧波電壓的最大值在1號機變頻器輸入側(cè)的5次諧波，為國標值的253%；除5次諧波電壓超標嚴重、1號機變頻器輸入側(cè)11次諧波略有超標外，其余主要的幾個諧波電壓均達到了國標值的50%以上。變頻器輸入側(cè)的電流諧波均不超標。主要表現(xiàn)為5、7、11次，其中5次諧波比重較多，最大值達到了國標值的70%，其余次諧波數(shù)值較小。

3 府谷電廠空冷島諧波治理方案

治理方案的仿真對比。

根據(jù)上面分析得出的測試結論，提出了對于空冷島諧波問題的三個治理方案：加裝5、7次LC無源濾波裝置、加裝有源濾波裝置、加裝混合型有源濾波裝置。結合實測數(shù)據(jù)建立仿真模型，分別加裝三種濾波裝置，記錄仿真數(shù)據(jù)并做對比分析。

大功率混合型有源電力濾波器將逆變器輸出電壓通過變壓器耦合到無源部分的基波諧振支路兩端。這樣利用基波諧振的特性，使有源電力濾波器基本不承受基波電壓和基波電流，從而減小了有源電力濾波器的容量，減少了諧波治理系統(tǒng)的投資，提高了性價比，達到混合型有源濾波裝置實用化及諧波抑制的目的。其技術優(yōu)勢在于：無源部分用來補償無功和濾除特定次數(shù)諧波，有源部分負責動態(tài)治理剩余諧波電流；注入支路的存在大大降低了有源部分的容量，使其適用于高壓配電網(wǎng)。

綜上所述，可以看出，在濾波器投入前后，系統(tǒng)的電流及電壓質(zhì)量得到明顯改善：（1）5次諧波電流由223A降低為33A，7次諧波電流由110A降低為8A，11次諧波電流由36A降低為12A，13次諧波電流由24A降低為19A，17次諧波電流由17A降低為6A，19次諧波電流由11A降低為8A；（2）APF投入后，電壓畸變率由5.1%降低為1.6%。

4 結語

本論文根據(jù)府谷電廠空冷島廠用電系統(tǒng)存在的諧波問題，進行了詳細的測試，測試點確定為變壓器高壓側(cè)、低壓400V PCC工作母線段、變頻器輸入和變頻器輸出側(cè)。對測試數(shù)據(jù)做了細致的分析，說明了諧波產(chǎn)生的原因，也證明了諧波是造成空冷變壓器和電機損壞的主要原因。通過分析測試數(shù)據(jù)，提出了治理本系統(tǒng)諧波的具體辦法，就是采用裝設濾波補償裝置進行諧波治理，主要措施是加裝混合型有源濾波器裝置及無源濾波裝置等。

參考文獻

[1] 王群，姚為正，劉進軍，王兆安.諧波源與有源電力濾波器的補償特性[J].中國電機工程學報，2001，21（2）.

[2] 李圣清，朱英浩，周有慶，等.電網(wǎng)諧波檢測方法的綜述[J].高壓電技術，2004，30（3）.

備注：本文四個作者（辛剛，刁同坡，焦玉剛，駱長勇）均為第一作者。

作者簡介：辛剛（1983-），男，陜西榆林人，陜西德源府谷能源有限公司助理工程師，研究方向：電氣工程。

（責任編輯：秦遜玉）