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基于電網(wǎng)安全的發(fā)電廠空冷機組諧波處理裝置應(yīng)用

文檔作者：李作棟文檔來源：廣西電網(wǎng)公司防城港供電局		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月03日
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《電氣開關(guān)》(2014．No．5) 75
文章編號：1004—289X(2014)05—0075—04
基于電網(wǎng)安全的發(fā)電廠空冷機組諧波處理裝置應(yīng)用
李作棟
(廣西電網(wǎng)公司防城港供電局，廣西 防城港538001)
摘 要：電力諧波的產(chǎn)生嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的安全運行，因此針對諧波產(chǎn)生的危害，介紹電源安全凈化裝置即諧波
處理裝置來處理產(chǎn)生大量諧波的場合。重點分析了該裝置在發(fā)電廠空冷機組中的應(yīng)用，通過實時監(jiān)測負載電流
波形，檢測出其中的諧波電流，進而控制IGBT的觸發(fā)，將與該諧波電流大小相等方向相反的補償電流注入供電
系統(tǒng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能，從而達到提高供電系統(tǒng)安全性、節(jié)能降耗的目的。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；安全運行；空冷機組；諧波
中圖分類號：TM72 文獻標(biāo)識碼：B
Application of a Harmonic Treatment Device of the Air Cooling
Unit Based on the Power Grid Security
L／Zuo—dong
(Fangchenggang Power Supply Bureau，Guangxi Power Grid Company，F(xiàn)angchenggang 538001，China)
Abstract：the power of harmonies seriously affects the safe operation of power grid，for the generation of harm harmon—
ic，this paper introduces the safe and purifying power supply device that is harmonic treatment device to generate lots of
harmonics．This paper focuses on the analysis of the application of the device in the air cooling unit in power plant，
through the real—time monitoring of the load current waveform ，the detection of harm onic current controls and triggers IG—
BT，the harmonic current and the equal compensation current which flows in the opposite direction injects into power sup—
ply system ，realizes the filter function of harm onic function，SO as to improve the safety of power supply system and the
purpose of energy saving．
Key words：power grid；Safe operation；air cooling unit；harm onic
1 引言
目前我國對環(huán)境保護已經(jīng)有了很強的意識，但是
水資源的危機依然在加劇，因此空冷發(fā)電技術(shù)就在國
內(nèi)迅速發(fā)展。我國北部大部分地區(qū)是火力發(fā)電為主，
但火力發(fā)電也是水資源的消耗大戶，這些地區(qū)也是我
國水資源短缺的地方，相應(yīng)的他們的電力發(fā)展和經(jīng)濟
建設(shè)也將受到制約。經(jīng)過研究表明，采用空冷技術(shù)來
發(fā)電將會有效的緩解水資源的危機。與常規(guī)的濕冷技
術(shù)相比，個別火電廠可以減少到廠用水的85％ ，其次
也可以省去建設(shè)冷卻塔的費用。
但由于諧波產(chǎn)生的危害可能會改變繼電器的動作
特性，以致引起誤動作，造成繼電保護等裝置工作紊
亂。然而保護裝置的誤動作會影響發(fā)電廠的空冷島正
常運行，空冷島使用了大量變頻器，盡管變頻器進線側(cè)
串聯(lián)了濾波電抗器，但是諧波電流仍然很大，影響保護
正常工作。因此提高發(fā)電廠空冷組的諧波處理能力顯
得尤為主要。
2 諧波在電力安全中的影響
2．1 諧波源
諧波有很多來源，主要有用在交流電機上的交流
變頻調(diào)速器，在調(diào)整輸出頻率的同時按比例調(diào)整輸出
電壓，從而改變電機轉(zhuǎn)速，以達到交流調(diào)速的目的。由
于變頻器采用的電路結(jié)構(gòu)是“整流器一電容／電感
器一逆變器”，無論是整流器或是逆變器都有非線性
特性，所以它會產(chǎn)生高次諧波。脈寬調(diào)制的變頻器的
諧波電流含有量會隨負荷變化而變。在較輕負荷時，
76 《電氣開關(guān)》(2014．No．5)
諧波電流的含有率是比較大的；相反，在較重負荷時，
諧波電流的含有率是比較小的。整流設(shè)備，由于晶閘
管整流在電力機車、充電裝置、開關(guān)電源等很多方面得
到了較廣的應(yīng)用，給電網(wǎng)也帶來了大量的諧波。電力
變壓器在合閘時的磁通可以高達額定值得2倍以上，
產(chǎn)生很高的勵磁電流，因此諧波含油率就隨之升高。
總之大約80％ 的諧波來自配電系統(tǒng)本身，如：不問斷
電源(UPS)、直流電源、整流裝置、充電器、變頻調(diào)速
器／直流調(diào)速裝置、節(jié)能燈(熒光燈)、計算機和外圍設(shè)
備等。大約20％的諧波來自于供電網(wǎng)的其他部分，像
電網(wǎng)切換，外部變頻器等大用電器。
2．2 諧波對電力安全的影響
諧波產(chǎn)生可能會引起系統(tǒng)諧振，電容器組、電抗器
組及相關(guān)用電設(shè)備因過電流或過電壓而損壞或無法投
入運行。電力線中的諧波電流或諧波電壓會產(chǎn)生感應(yīng)
磁場，影響臨近信號線的傳輸品質(zhì)。諧波電流會將變
壓器銅耗和磁滯損耗增加；諧波電流會使電纜導(dǎo)體過
載、導(dǎo)致過熱、發(fā)生絕緣破壞而燒毀；諧波危害還能改
變繼電器的動作特性引起誤動作，造成繼電保護等裝
置工作紊亂，然而保護裝置的經(jīng)常性誤動作。最終影
響發(fā)電廠的正常運行。如圖1可見負載電壓電流中含
有諧波時，中頻爐的電壓電流波形失真。
。
圖1 中頻爐電壓電流波形圖
3 諧波處理裝置
3．1 諧波處理裝置工作原理
諧波處理裝置的選擇不同，相應(yīng)的工作原理也會
相應(yīng)有些不同。本文的諧波處理裝置中以電源凈化裝
置STNA1008來說明。
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從功能上來說，電源凈化裝置SNTA1008通過實
時監(jiān)測負載電流波形，檢測出其中的諧波電流，通過控
制IGBT的觸發(fā)，將與該諧波電流大小相等方向相反
的補償電流注入供電系統(tǒng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能，從
而達到提高供電系統(tǒng)的安全性、節(jié)能降耗的目的。其
功能原理圖2所示。
圖2 電源凈化裝置SNTA1008功能原理圖
《電氣開關(guān)》(2014．No．5) 77
電源安全凈化裝置內(nèi)部控制原理：斷路器合閘后，
電源安全凈化裝置首先通過預(yù)充電電阻對直流母線的
電容器充電，即為防止上電后對直流母線電容器的瞬
間沖擊，8s后，當(dāng)母線電壓Vdc達到額定值后，主接觸
器閉合。直流電容為儲能元件，為通過IGBT逆變器
和內(nèi)部電抗器向外輸出補償電流提供能量。同時，直
流電容器通過電源交換板向內(nèi)部檢測與控制板提供工
作電源。S N T A 1 0 0 8系列電源安全凈化裝置通過
外部C T采集電流信號送至諧波檢測模塊，該模塊將
基波與諧波分離，將諧波成分送至檢測模塊，該模塊將
采集到的負載諧波成分和電源安全凈化裝置輸出補償
電流比較，得到的差值作為實時補償信號輸出到驅(qū)動
電路，由電源安全凈化裝置將補償電流注入到電網(wǎng)中，
實現(xiàn)濾除諧波功能，原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
源
— ／
斷路
CTe
IGBT逆變器
控制PcB ' 卜 HlL 襄
負載 而 —
圖3 電源凈化裝置SNTA1008內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)圖
3．2 諧波處理裝置的應(yīng)用
在諧波處理裝置應(yīng)用時要有三個方面考慮：
一是諧波處理裝置的容量，即根據(jù)需要補償負荷
的諧波次數(shù)及容量確定有源電力濾波器的容量。二是
濾波器接入點的問題，即根據(jù)補償效果及就地補償原
則確定有源電力濾波器接入點。三是電路結(jié)構(gòu)設(shè)計，
即根據(jù)接人點電壓及負荷結(jié)構(gòu)確定有源電力濾波器電
壓等級及電路。
本文中以SNTA1008為例進行說明，首先容量設(shè)
計，SNTA1008電源安全凈化裝置的容量可以根據(jù)如
下公式統(tǒng)計：
_√ ( =~／(，2) +(，3) +(厶) +(，5) +??
式中：，^是第h次諧波電流(方均根值)，比計算
值大于20％，根據(jù)測試結(jié)果設(shè)計容量。
SNTA1008設(shè)備接人點設(shè)計：集中式濾波適用于
當(dāng)非線性負載數(shù)量多，單臺非線性負載容量較小的場
合，如圖4所示。
相應(yīng)的分散濾波適用于非線性負載集中在某幾條
支路或某單臺負載容量較大的場合，如圖5所示。
圖4 集中式濾波電路接入點設(shè)計
圖5 分散式濾波電路接入點設(shè)計
4 發(fā)電廠空冷機組諧波治理
由于諧波產(chǎn)生的危害可能會改變繼電器的動作特
性，以致引起誤動作，造成繼電保護等裝置工作紊亂。
然而保護裝置的誤動作會影響發(fā)電廠的空冷島正常運
行，空冷島使用了大量變頻器，盡管變頻器進線側(cè)串聯(lián)
了濾波電抗器，但是諧波電流仍然很大，影響保護正常
工作。因此文中采用SNTA1008電源凈化裝置來處理
發(fā)電廠空冷機組的諧波，治理效果圖如圖6所示。
從治理效果中可以看出治理后畸變率降至
3．3％，諧波電流大幅度降低，保護裝置誤動作明顯減
少，設(shè)備正常工作。
5 結(jié)語
大型空冷機組是確保我國富煤貧水地區(qū)電力工業(yè)
發(fā)展的有效途徑，已成為我國大型火力發(fā)電機組的主
要方向之一。針對采用大型空冷機組出現(xiàn)的諧波危害
電網(wǎng)的安全運行，文中采用SNTA1008裝置為例進行
了有效濾波，從結(jié)果看出，該裝置能夠有效地降低諧波
電流，使繼電保護裝置誤動作減少，進而降低諧波對電
網(wǎng)安全的危害。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展實踐，大容
量、高電壓的電源安全凈化裝置不僅在空冷發(fā)電機組

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