除尘器高频电源回路串联电抗器抑制谐波分析

吴长波

（国能宝清煤电化有限公司，黑龙江 双鸭山 155600）

静电除尘器高频电源使用大功率开关电源非线性元器件，工作中产生奇次电流谐波，使除尘380 V低压设备工作时发热量增大，曾导致电除尘振打加热器柜元器件温度过高，发生2次不明原因的着火。

要想减小谐波影响，应首先对谐波源采取适当的技术措施，并根据谐波大小、措施经济性等综合比较确定方案。对于基准短路容量为10 MVA低压电网，根据GB/T 14549—1993标准：380 V低压电网各次电压奇次谐波含有率不大于4%；注入电网的谐波电流允许值不大于62 A（3次）、不大于62 A（5次）、不大于44 A（7次），这个标准是限制谐波源注入电网的谐波电流，把电网谐波电压控制在允许范围之内，使接在电网中的电气设备免受谐波干扰。为降低改造费用，本次通过在一次电源回路中串联干式电抗器，使谐波源产生的谐波电流减小，降低注入电网谐波电流幅值、降低谐波对周边电气设备的干扰。

三相交流电源经电抗器产生电压降，具有抑制电流高次谐波作用，可以降低各奇次电流谐波向除尘器380 V低压母线的注入，通过试验，对不加装电抗器与加装电抗器前后对比进行分析。

1 谐波源检测

为提高静电除尘器除尘效率，在#1炉2台除尘器的顶部1、2电场安装8台高频电源，工作时产生奇次电流谐波，多个谐波源相互叠加、相互影响。通过检测全面了解高频电源产生的谐波特性，检测出谐波源向电网注入的各次谐波电流数据，找到谐波源治理的方法。以#1炉3室1电场高频电源为例，在高频电源柜处利用DEWE-571电能质量分析仪进行检测，当未加电抗器时，高频电源380 V电源侧谐波电流数据如表1所示。

表1 未加电抗器时的高频电源380 V电源侧谐波电流数据

检测高频电源5次电流谐波含量超标，5次电压谐波含有率偏高。除尘器变压器容量2 000 kVA，每台高频电源额定电流275 A（正常工作时，电流一般在190 A左右），单台容量占比约9%。高频电源工作时，其整流装置将非正弦电流反馈至电除尘器低压380 V母线，使接于低压母线上的振打电动机、加热器电缆等产生非正弦的压降，使电压波形产生不同程度的畸变，畸变的电压又影响整流装置。除尘器整流装置产生的谐波电流是电除尘器低压交流电网中的主要谐波源。各次谐波波形示意图如图1所示。

图1 各次谐波波形示意图

对以上检测数据进行分析，5次电流谐波不满足国标要求，需要采取限制措施，以提高380 V低压电网质量。电流谐波在电除尘低压电网中的危害性主要体现在以下几个方面：①谐波电流会使振打电机铁芯产生附加损耗，使电机本体发热量增大、噪声增大，加速电机定子绕组绝缘老化，谐波使电机转子产生轴电流，加速电机轴承损坏；②谐波电流使电缆线路发热，电缆线路对地电容容易使谐波放大，易造成电缆绝缘损坏；③高次谐波电流会加速振打加热器柜中380 V限流式断路器壳体和内部塑料器件的老化，降低其阻燃特性，甚至会引发火灾事故；④电网谐波含量超标，增加了电网发生谐振的可能，引发很高的过电流或过电压事故；⑤谐波干扰通信系统影响测量装置的正常数据传输。

谐波电压是由非线性用电负荷（一般为谐波电流源）产生的，为了控制电除尘器低压母线电源谐波，必须采取相应的措施，限制高频电源向电除尘低压母线注入电流谐波，减少低压用电设备谐波电流含有量。

2 串联电抗器解决方案

在高频电源回路中加入一个合适电抗器，利用电感具有阻止交流电流突变的特性，使得电路中谐波电流变化变缓，从而使电源电流中的谐波含有量数值减小。

式（1）中：L为电感，H；f为基波的频率，Hz。

根据式（1），以电抗器电源侧基频电压为380 V为例。

5%电压降时，每相电感值：

7%电压降时，每相电感值：

按基波频率50 Hz的压降5%、7%制作电抗器，按图2所示接入高频电源回路。串联电抗器主要作用是抑制高频电源工作时产生的5次电流谐波，阻止注入到电除尘380 V低压电网，减小电流谐波含有量。

图2 高频电源回路

3 串联电抗器试验

按照图2，分别进行电抗器5%、7%压降抽头谐波检测试验，检测接入电抗器后，电抗器两端谐波数据变化情况。

加装5%压降电抗器，380 V电源侧的谐波实验数据如表2所示。加装5%压降电抗器，高频电源侧的谐波实验数据如表3所示。

表2 加装5%压降电抗器时的380 V电源侧谐波实验数据

表3 加装5%压降电抗器时的高频电源侧谐波实验数据

加装7%压降电抗器，380 V电源侧的谐波实验数据如表4所示。

表4 加装7%压降电抗器时的380 V电源侧谐波实验数据

加装7%压降电抗器，高频电源侧的谐波实验数据如表5所示。

表5 加装7%压降电抗器时的高频电源侧谐波实验数据

从以上试验得出，串联电抗器可以降低高频电源产生的电流谐波对电网的影响。以A相检测的数据进行分析。

加装电压降为5%的电抗器时，对380 V低压电网的谐波影响情况：5次谐波电流含有量由90 A降为52.5 A，达到国标要求；5次谐波电压含有率由7.8%降为6%，有所改善。380 V电源侧各次谐波电流含有量均满足国标要求，但高频电源侧的电压谐波有轻微的放大，5次谐波电压含有率由7.8%增加到10.3%，7次谐波电压含有率由3.8%增加到4.3%。

加装电压降为7%的电抗器时，对380 V低压电网的谐波影响情况：5次谐波电流由90 A降为51.4 A，满足国标要求；5次谐波电压含有率由7.8%降为5.8%，有所改善。380 V电源侧各次谐波电流满足国标要求，但高频电源侧的电压谐波有轻微的放大，5次谐波电压含量有率由7.8%增加到11.5%，7次谐波电压含有率由3.8%增加到4.8%。

经测试数据比较，选择压降为5%的电抗器，可以阻止5次谐波电流向低压380 V除尘器低压母线的注入，同时由于电抗器的加入，使高频电源侧谐波电压有轻微放大，经计算不会对高频电源电气设备运行造成影响，故选择压降为5%的电抗器是比较适宜的。

4 结论

理论分析和实验数据表明，当电源奇次谐波电流含量超标，且不超过20%国标值的情况下，在电源回路中加装串联电抗器改善电网谐波含量方法是可行的。足够强的谐波源对电气设备安全、稳定运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来极大影响，应引起重视，解决方法是要限制谐波源，消除电网参数的不利配合，在谐波治理过程中，为降低谐波治理投资费用，根据现场实际情况，适当选择串联电抗器方式，当谐波含量严重超标，需采取投资相对比较高的限制谐波技术方案。