谐波干扰对使用模拟控制方式整流装置的影响

成金平，吴彬，冯新建，刘国平

（新疆天业天辰化工有限公司，新疆石河子832000）

谐波干扰对使用模拟控制方式整流装置的影响

成金平，吴彬，冯新建，刘国平

（新疆天业天辰化工有限公司，新疆石河子832000）

介绍了谐波对整流控制系统和保护系统的影响。经过采取几种控制方式后，电流监控曲线显示平稳。

谐波；整流装置；影响；控制措施

由于电力电子技术在电气设备中的广泛应用，以及其他非线性负荷的不断增加，配电网络中的谐波污染问题日益严重，已危及电力网和用电设备的安全和经济运行。谐波问题的分析和综合治理也日益成为电网工作者广泛关注的课题。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中，产生谐波最多的部分是用电环节。交流整流直流用电设备产生谐波的原因是由于整流设备有1个阀电压，在小于阀电压时，电流为零。这类用电设备为了提供平稳的直流电源，在整流设备中加入了储能元件（滤波电容和滤波电感），从而使阀电压提高，加大了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流，在整流设备中应用了可控硅，这使得该类设备的谐波污染更严重，而且谐波的次数比较高。

石河子开发区天业化工有限责任公司引进日本旭化成自然循环离子膜电解槽，一期4台于2004年11月正式投产，二期5台于2005年8月投入使用。为提高功率因数，4台一拖二整流变压器构成48脉波的运行方式，1台一拖一的整流变压器单独使用6脉波运行方式。离子膜整流装置为同相逆并联晶闸管整流，稳流控制器使用HSC6F-2型控制板，保护使用OMRON CH200HE型PLC。平均运行电流为12 000 A。35 kV功率因数经补偿后为0.940~0.950。

1 谐波对整流控制系统的影响

从2004年一期运行开始，到2005年11月，多次发生整流系统电流波动，有时可达3 000 A，干扰严重时引起整流装置丢失脉冲而停车。1号整流变压器A柜交流母线振动较严重。当1号整流变压器A柜输出电流调整到8 000 A左右时，会发生柜体共振，电流继续上升，则共振现象消失。2005年11月，谐波吸收及功率因数补偿装置投入运行后，整流装置运行平稳，交流母线振动情况基本没有再发生。随着天辰一期40万t/a PVC项目投产，电石和水泥的扩建，网侧电源质量发生变化，整流单槽电流经常会发生50 A~100 A的波动。通常，持续几秒钟即可恢复正常的波动，可不用处理，持续时间较长的波动，可调换挡位或调整单槽电流即可解决。在整流稳流控制系统附近使用电弧焊机，会由于磁场辐射引起正在运行的整流柜输出电流大幅波动，应尽量避免这种操作。综上所述，根本的解决方法是将电网并入大网增强抗干扰能力，或重新测量并确定LC谐波吸收装置参数以适应网上谐波的变化。

2 谐波对整流保护系统的影响

为防止谐波通过控制电源对PLC形成干扰，离子膜电解整流装置使用了10 kW的UPS电源，单独给整流稳流控制单元供电。为避免PLC输入信号线引入干扰，信号线全部使用屏蔽软线并可靠单端接地。运行初期，PLC曾出现多次误报警，更换相应卡件后不久又出现误报警情况。重做PLC单独接地和信号线屏蔽层单端接地均不起作用。误报警内容经常变化，有时会引起停车，甚至烧毁24 V开关电源。使用谐波吸收装置后，故障现象已彻底消失。

3 模拟控制整流系统运行中谐波的控制

针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小等措施。在配电网中，主要存在的是3次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，将谐波限制在标准允许的范围内。

晶闸管整流装置本身就是一个谐波源，不仅对电网造成污染，而且相互之间也会有一定的影响，尝试使用以下方式对谐波加以控制后，取得了较好的效果。

（1）在网侧电源质量较好的情况下，运行在合适的控制角，能够提高功率因数，减少谐波分量，但控制角太小，抗干扰能力会下降，通常控制在5°左右比较合适。

（2）整流柜自带的阻容吸收能够起到一定的作用，但要取得好的运行环境，通常还要外加谐波吸收及功率因数补偿装置。谐波的治理主要采用无源滤波装置和有源滤波器。

a.无源滤波装置主要采用LC回路，并联于系统中。LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单，成本低，但不能滤除干净，其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。

b.有源电力滤波器。这种滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流。这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，在其额定功率范围内，原则上能全部滤除干净。

（3）稳流控制柜供电电源如不用UPS，则加装隔离变压器或电源滤波器，以减少电源谐波分量对控制线路和PLC的影响。

（4）稳流控制柜到控制屏的信号线使用单独的金属桥架敷设，不与使用变频器的电机负荷线同槽并行，同时桥架可靠接地。

（5）整流控制部分使用单独接地系统，与设备接地和电气设备接地系统留一定的间距，防止因电气接地系统引入干扰。

（6）经常检测电网谐波分量，及时对LC谐波吸收和功率因数补偿装置作出适当调整。

经过以上改进措施，该公司9台电解槽从2006年运行至今，DCS电流监控曲线显示平稳，由于网上大型变压器投切等操作造成的整流器输出电流波动范围也在200 A以内，取得了较好的效果。

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