諧波治理在某電纜廠的應(yīng)用實(shí)例

安科瑞 徐玉麗

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

    隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大量的直流設(shè)備、變頻調(diào)速設(shè)備及其它非線性負(fù)荷被廣泛應(yīng)用，對(duì)供電系統(tǒng)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高。高次諧波的產(chǎn)生，增加了電能諧波損耗，降低了系統(tǒng)功率因數(shù)，不僅影響電網(wǎng)的質(zhì)量，而且還很大程度的影響電網(wǎng)的可靠性，嚴(yán)重時(shí)造成繼電保護(hù)誤動(dòng)，燒毀微機(jī)保護(hù)線路板、數(shù)字電能表及其它微機(jī)裝置。

1、故障現(xiàn)象

     某電纜廠400V供電系統(tǒng)由兩臺(tái)歐式箱式變電站組成，兩臺(tái)箱變的接線方案一致，但其箱變出線所帶負(fù)荷不一樣。兩臺(tái)歐式箱式變電站投運(yùn)不久，1號(hào)箱變就發(fā)生了無(wú)功補(bǔ)償柜中元器件損壞的情況。損壞的元器件主要是電容接觸器和熔斷器，其中電容接觸器燒毀嚴(yán)重。

     起初分析認(rèn)為可能是電容接觸器的樁頭接線松動(dòng)導(dǎo)致接觸電阻增加，樁頭接線發(fā)熱起火燒壞電容器接觸器，進(jìn)而引起接觸器上側(cè)的熔斷器燒毀，產(chǎn)生的火苗又損壞了熔斷器。隨后該公司即更換了燒壞的元器件，同時(shí)對(duì)所有的接線樁頭進(jìn)行了檢查，無(wú)功補(bǔ)償柜改進(jìn)后繼續(xù)投入運(yùn)行。但是更改后的無(wú)功補(bǔ)償柜使用不到一個(gè)月，再次出現(xiàn)了元器件損壞的情況。元器件損壞的位置、現(xiàn)象基本和上次的情況一樣。

2、原因分析

    兩次無(wú)功補(bǔ)償柜的故障都發(fā)生在1號(hào)箱變而非2號(hào)箱變，對(duì)比分析1、2號(hào)箱式變電站的負(fù)荷可以發(fā)現(xiàn)，2號(hào)箱變的負(fù)載基本上為異步電動(dòng)機(jī)和辦公照明負(fù)載，相對(duì)負(fù)載較小；而1號(hào)箱變所帶負(fù)載中除了異步電動(dòng)機(jī)還有三臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，其功率分別為185kw、155kw、30kw。此外，還有大量通過(guò)可控硅控溫的加熱設(shè)備，相對(duì)2號(hào)箱變負(fù)載較大。

在兩次無(wú)功補(bǔ)償柜發(fā)生故障時(shí)，該廠的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線都在運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是說(shuō)直流電機(jī)和相當(dāng)一部分的加熱設(shè)備都掛在1號(hào)箱變的低壓母線上。該廠的加熱回路采用了三相半控橋式整流電路，同時(shí)用交流電源對(duì)直流電機(jī)供電少不了要有整流裝置。由于整流裝置輸出波形的非正弦性，不同相數(shù)的整流電路會(huì)產(chǎn)生不同特征的諧波電流。如三相橋式的6相脈動(dòng)整流電路產(chǎn)生的諧波電流主要為6k±1次（5、7、11、13次，等等）見(jiàn)表1。 

表1  6相脈動(dòng)整流裝置電流諧波理論數(shù)據(jù)

因此，交聯(lián)電纜生產(chǎn)線在生產(chǎn)時(shí)可能對(duì)1號(hào)箱變400V系統(tǒng)產(chǎn)生了諧波。

根據(jù)對(duì)負(fù)荷性質(zhì)分析和理論公式的推算，可以確定1號(hào)箱變400V系統(tǒng)中存在6k±1次為主的諧波電流。為了證實(shí)和明確1號(hào)箱變400V系統(tǒng)的諧波情況和參數(shù)，對(duì)1號(hào)、2號(hào)箱變進(jìn)行了多次的對(duì)比測(cè)量。2號(hào)箱變總線電流波形和頻譜圖分析見(jiàn)圖1，1 號(hào)箱變總線電流波形和頻譜圖分析見(jiàn)圖2。

對(duì)比分析圖1和圖2，2號(hào)箱變總線電流波形為規(guī)則正弦波，頻譜圖分析也表明其電流基本只含基波50Hz電流；1號(hào)箱變總線電流波形為非正弦波，頻譜圖分析可以看出含有3、5、7、11次等諧波。電流總畸變率THDi為52.32%，功率因數(shù)0.8，系統(tǒng)阻抗R = 0.1W L = 0.1mH，系統(tǒng)短路容量10MVA。

1號(hào)箱變的無(wú)功補(bǔ)償柜之所以數(shù)次出現(xiàn)電容接觸器和熔斷器損壞的情況，其原因就是交聯(lián)電纜生產(chǎn)線產(chǎn)生的諧波電流被無(wú)功補(bǔ)償柜的電容器放大產(chǎn)生了過(guò)電流，致使接觸器和熔斷器過(guò)熱損壞。