110kV高壓諧波濾波裝置的使用及完善發(fā)布時(shí)間：2018-05-14 00:00:00?|?來(lái)源：浙江浙輪電力科技有限公司

摘　要：針對(duì)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的濾波諧振、過(guò)載跳閘等問(wèn)題，對(duì)濾波裝置進(jìn)行了改造和完善。同時(shí)對(duì)濾波裝置出故障期間，諧波的危害和對(duì)供電系統(tǒng)自動(dòng)重合閘、電力計(jì)量及功率因數(shù)等的影響進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：可控硅整流器；諧波；濾波裝置；畸變率

山東鋁業(yè)股份有限公司電解鋁廠(簡(jiǎn)稱山鋁電解鋁廠)是以電解鋁為主導(dǎo)產(chǎn)品的企業(yè)，年生產(chǎn)能力為5.5萬(wàn)t，分60kV和80kV兩個(gè)系列，全廠整流供電裝置分為兩個(gè)露天變電站(整流所)，電壓等級(jí)均為110kV。110kV、60kV系列濾波系統(tǒng)由1060V、36kA直流可控硅整流機(jī)組及相應(yīng)的具有5th、7th、12th三個(gè)通道單調(diào)諧濾波裝置組成，于1989年底正式投入運(yùn)行。系統(tǒng)單線圖見(jiàn)圖1。

圖1110kV,60kV系列整流所單線系統(tǒng)

1濾波裝置運(yùn)行狀況

　　110kV、60kV系列整流所濾波裝置投入運(yùn)行后，分別對(duì)不帶濾波裝置的3臺(tái)和2臺(tái)整流機(jī)組運(yùn)行時(shí)網(wǎng)側(cè)諧波進(jìn)行了測(cè)試，同時(shí)對(duì)帶濾波裝置的3臺(tái)整流機(jī)組運(yùn)行時(shí)網(wǎng)側(cè)總諧波進(jìn)行了測(cè)試。
1.1不帶濾波裝置
1.1.13臺(tái)整流機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)直流電壓Ud：945V，單機(jī)直流電流Id：21.3kA，系統(tǒng)電壓U：112kV，短路容量Sd約為1700MVA，總電壓畸變率R：3.595，S:3.481，T:4.051。
1.1.22臺(tái)整流機(jī)組運(yùn)行Ud：945V，Id：32kA，U：112kV，Sd約為1700MVA，總電壓畸變率R：4.942，S:4.759，T:6.361。
1.2帶濾波裝置（5th、7th、12th）時(shí)網(wǎng)側(cè)總濾波
　3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，單機(jī)脈沖為6、總脈沖為18，系統(tǒng)電壓Ud為950V，單機(jī)平均Id為
21.6kA，α約為360，電壓113kV，電磁式PT：

，Sd約為1700MVA、

總電壓畸變率DFU為1.88％。
　　實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，有濾波裝置時(shí)，整流系統(tǒng)本身產(chǎn)生的大量濾波電流為濾波網(wǎng)絡(luò)吸收，網(wǎng)側(cè)總濾波電流明顯減少，濾波效果明顯。濾波裝置的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1濾波裝置基本參數(shù)

2濾波裝置的完善

　　濾波系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年多運(yùn)行后，出現(xiàn)系統(tǒng)濾波諧振。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)為電廠110kV輸出母線上的另一路負(fù)荷(編號(hào)為395開關(guān))解環(huán)所致；又經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)短路容量改變?yōu)槟骋欢ㄖ禃r(shí)，濾波裝置將出現(xiàn)9次諧波諧振現(xiàn)象。當(dāng)395開關(guān)為開環(huán)方式時(shí)，曾發(fā)現(xiàn)12th通道有嚴(yán)重過(guò)載跳閘現(xiàn)象。針對(duì)濾波裝置出現(xiàn)的問(wèn)題，決定進(jìn)行改造。在12次通道濾波裝置的每項(xiàng)電抗器上并接1臺(tái)286Ω無(wú)感阻尼電阻，以此限制此類過(guò)載事故的發(fā)生。濾波裝置等值線路圖見(jiàn)圖2。

圖2濾波裝置等值線路

3諧波對(duì)實(shí)際供電過(guò)程的影響?yīng)?/p>

　　2002年6月10日，在對(duì)1＃整流機(jī)組停電操作后，當(dāng)2＃、3＃機(jī)組運(yùn)行時(shí)，110kV濾波系統(tǒng)7th濾波裝置C相電抗器被高壓擊穿造成匝間短路，整個(gè)濾波裝置回路被迫停電。無(wú)濾波裝置時(shí)給實(shí)際供電運(yùn)行過(guò)程中的影響也是多方面。
(1)高次諧波對(duì)絕緣的危害。山鋁電解鋁廠110kV采用300m高壓電纜兩路進(jìn)線，由于諧波的存在使電壓波形出現(xiàn)尖峰，從而使絕緣加速老化，縮短壽命，增加電纜發(fā)生故障的概率，可靠性降低。
(2)對(duì)整流變壓器的影響。因?yàn)闉V波裝置連接在交流系統(tǒng)側(cè)，在諧波作用下，整流變壓器機(jī)繞組中的諧波電流分量較大，對(duì)變壓器損耗和發(fā)熱都有影響。
(3)對(duì)重合閘的影響。山鋁電解鋁廠供電系統(tǒng)供電方有自動(dòng)重合閘裝置來(lái)提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)加裝接地電抗器。這一接地電抗器按線路工頻參數(shù)調(diào)諧設(shè)計(jì)，用以使?jié)摴╇娀〖铀傧纾瑥亩s短重合的無(wú)電時(shí)間。當(dāng)線路中含有較大的高次諧波電流時(shí)，潛供電弧的熄滅將被明顯延遲，從而導(dǎo)致單項(xiàng)重合失敗或者對(duì)單相重合閘不得不采用較長(zhǎng)的無(wú)電時(shí)間。這些后果對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性都是不利的，因此電廠在濾波裝置不能正常使用期間，解除了自動(dòng)重合閘裝置。
(4)對(duì)電力計(jì)量的影響。山鋁電解鋁廠電力計(jì)量采用電力系統(tǒng)中有用的基波功率。而諧波功率是一種有害損耗，由于額外的諧波損耗，按有用基波電量計(jì)量，電度表少計(jì)了電量；而另一部分廠內(nèi)動(dòng)力用電計(jì)量，除有用的基波功率P1(M)外，還有額外的由諧波所引起的損耗功率使這類負(fù)荷電度表多計(jì)量；由于諧波的影響造成計(jì)量方面存在正負(fù)誤差。在濾波裝置停運(yùn)期間，山鋁電解鋁廠總電量每天少計(jì)約10000kW.h，而動(dòng)力電量每天多計(jì)約5000kW.h，給生產(chǎn)的組織帶來(lái)不利影響。
(5)對(duì)功率因數(shù)的影響。使用濾波裝置時(shí)，山鋁電解鋁廠功率因數(shù)0.90以上。濾波系統(tǒng)的停運(yùn)，電網(wǎng)中的電壓和電流中含有較大的諧波分量，使得電壓電流中含有不同次數(shù)的諧波量，受波形畸變的影響，山鋁電解鋁廠每天報(bào)出的功率因數(shù)僅為0.74。
(6)對(duì)整流器的影響。山鋁電解鋁廠整流設(shè)備采用的是大功率可控硅三相橋式整流，負(fù)荷中有一部分設(shè)備是整流器。這類交換器在運(yùn)行過(guò)程中自身是諧波源，但是其觸發(fā)控制系統(tǒng)又受到電壓中諧波的影響，整流器的電流換相過(guò)程會(huì)使電壓波形出現(xiàn)“缺口”，從而使其它整流器觸發(fā)系統(tǒng)中電壓過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)產(chǎn)生誤差，影響控制觸發(fā)的同步。
(7)對(duì)斷路器的影響。當(dāng)斷路器的電流中含有較大的高次諧波分量時(shí)，其遮斷能力將降低。在電流有效值相同的情況下，波行畸變嚴(yán)重的電流，在電流過(guò)零點(diǎn)處的di/dt可能要比正弦波形的電流大得多，使斷路器在遮斷過(guò)程中有可能產(chǎn)生重燃現(xiàn)象，可能因不能滅弧而造成事故。
　諧波及其抑制是高壓電力系統(tǒng)中的重要技術(shù)問(wèn)題之一，通常不得不裝設(shè)濾波裝置，且需要對(duì)濾波裝置不斷進(jìn)行完善，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。同時(shí)，濾波裝置在整流變電站的投資和占地面積中占有相當(dāng)大的比重，因此，應(yīng)對(duì)濾波進(jìn)行準(zhǔn)確分析計(jì)算并合理配置濾波裝置，對(duì)于高壓電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全運(yùn)行有著十分重要的意義。