基于府谷电厂空冷岛谐波问题的分析与研究

辛刚+刁同坡+焦玉刚+骆长勇

摘要：文章根据陕西德源府谷能源有限公司空冷岛低压厂用电系统的实际情况提出了测试方案并付诸实施，对采集的谐波数据进行了详细分析，并针对所存在的谐波问题，提出了装设滤波补偿装置的治理方案。

关键词：谐波；空冷岛；无源滤波器；有源滤波器；混合型有源滤波器 文献标识码：A

中图分类号：TK264 文章编号：1009-2374（2016）35-0189-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.092

我国北方煤炭资源丰富，火力发电项目较多，但由于北方水资源匮乏，在火电项目中，对传统水循环冷却系统开始采用国际上较流行的空冷岛冷却技术。在空冷岛直接空冷系统中，风机使用变频器控制带来的最大不利影响是：产生大量谐波，而且众多变频器并联运行产生的谐波相互叠加，不仅会影响电动机正常运行，还会导致供电设备绝缘发热损坏等。本文针对陕西德源府谷能源有限公司空冷岛低压厂用电系统的谐波问题做了详细的测试和分析，并提出了多种解决方案。

1 府谷电厂空冷岛厂用电系统的谐波情况简介

府谷发电厂600MW空冷发电机组，在空冷岛低压厂用电系统中，设置了4台低压干式变压器和4段低压PC工作母线。4段低压PC母线中，共接56台110kW的空冷风机，每台空冷风机配置1台低压变频器，每段低压PC工作母线段带14台110kW低压变频器。

空冷岛直接空冷系统风机使用变频器控制会产生大量谐波，而且众多变频器并联运行产生的谐波相互叠加比较复杂。谐波会影响电动机的正常运行，还会导致供电设备绝缘发热损坏、系统周围的控制保护设备拒动或误动，尤其是对电子设备影响更大。

针对低压380V母线及高压10KV母线系统，变频器负载产生的谐波究竟有多大，采用什么样的方法治理，谐波治理设备容量选择多大等问题困扰着用户方和设计方。为了彻底解决上述问题，根据府谷电厂空冷岛厂用电系统的具体情况，制定了相应的测试方案，对空冷岛谐波数据进行测试，并根据测试结果提出了空冷岛谐波治理的解决方案。

2 府谷电厂空冷岛谐波测试

府谷电厂空冷岛风机冷却系统自投运以来，接连发生了变压器和电动机损坏事故，2009年12月8日空冷变1B1损坏，B、C相对铁芯放电，C相电缆接线板对铁芯夹件放电严重；2010年5月5日1A2空冷变压器损坏，10kV侧A、B、C三相高压线圈下端弧光短路，变压器高压侧线圈连线（铜棍）接线鼻子烧断。2009年6月25日#2机四列七电机损坏；2009年9月2日#2机七列三电机损坏；2010年1月29日#2机五列三电机损坏；2010年6月3日#1机五列一电机损坏；2010年6月19日#1机一列七电机损坏。为了查清电机及变压器损坏的原因，对府谷电厂两台机组空冷岛变频器系统的变压器高压侧、低压400V工作母线段、变频器输入和输出侧的参数进行测试。对比空冷岛低压厂用电系统电压和电流的3～25次奇次谐波含量同国家标准的差别，通过分析现场采集的即时数据和连续运行数据得出：

第一，空冷变10kV侧的电压谐波主要表现为3、9、11、13次，其中谐波电压的最大值在2号机10kV B2段电压的3次谐波，为国标值的12%；空冷变10kV侧的电流谐波主要表现为5、7、11次。谐波电流的最大值在1号机10kV A2段电流5次谐波，为国标值54.5%。

第二，空冷变400V侧的电压谐波主要表现为5、7、11、13和23次，其中谐波电压最大值在1号机400V B1段电压的5次谐波，为国标值的203%；除5次谐波电压超标严重外，主要的几个谐波电压均达到了国标值的50%以上。空冷变400V侧的电流谐波主要表现为5、7、11、13次，其中5、7次尤为突出。谐波电流的最大值在1号机400V A1段电压的5次谐波，为国标值的874%；7次和11次谐波电流亦为国标值的3倍以上。

第三，变频器输入侧的电压谐波主要表现为5、7、11、13和23次，其中谐波电压的最大值在1号机变频器输入侧的5次谐波，为国标值的253%；除5次谐波电压超标严重、1号机变频器输入侧11次谐波略有超标外，其余主要的几个谐波电压均达到了国标值的50%以上。变频器输入侧的电流谐波均不超标。主要表现为5、7、11次，其中5次谐波比重较多，最大值达到了国标值的70%，其余次谐波数值较小。

3 府谷电厂空冷岛谐波治理方案

治理方案的仿真对比。

根据上面分析得出的测试结论，提出了对于空冷岛谐波问题的三个治理方案：加装5、7次LC无源滤波装置、加装有源滤波装置、加装混合型有源滤波装置。结合实测数据建立仿真模型，分别加装三种滤波装置，记录仿真数据并做对比分析。

大功率混合型有源电力滤波器将逆变器输出电压通过变压器耦合到无源部分的基波谐振支路两端。这样利用基波谐振的特性，使有源电力滤波器基本不承受基波电压和基波电流，从而减小了有源电力滤波器的容量，减少了谐波治理系统的投资，提高了性价比，达到混合型有源滤波装置实用化及谐波抑制的目的。其技术优势在于：无源部分用来补偿无功和滤除特定次数谐波，有源部分负责动态治理剩余谐波电流；注入支路的存在大大降低了有源部分的容量，使其适用于高压配电网。

综上所述，可以看出，在滤波器投入前后，系统的电流及电压质量得到明显改善：（1）5次谐波电流由223A降低为33A，7次谐波电流由110A降低为8A，11次谐波电流由36A降低为12A，13次谐波电流由24A降低为19A，17次谐波电流由17A降低为6A，19次谐波电流由11A降低为8A；（2）APF投入后，电压畸变率由5.1%降低为1.6%。

4 结语

本论文根据府谷电厂空冷岛厂用电系统存在的谐波问题，进行了详细的测试，测试点确定为变压器高压侧、低压400V PCC工作母线段、变频器输入和变频器输出侧。对测试数据做了细致的分析，说明了谐波产生的原因，也证明了谐波是造成空冷变压器和电机损坏的主要原因。通过分析测试数据，提出了治理本系统谐波的具体办法，就是采用装设滤波补偿装置进行谐波治理，主要措施是加装混合型有源滤波器装置及无源滤波装置等。

参考文献

[1] 王群，姚为正，刘进军，王兆安.谐波源与有源电力滤波器的补偿特性[J].中国电机工程学报，2001，21（2）.

[2] 李圣清，朱英浩，周有庆，等.电网谐波检测方法的综述[J].高压电技术，2004，30（3）.

备注：本文四个作者（辛刚，刁同坡，焦玉刚，骆长勇）均为第一作者。

作者简介：辛刚（1983-），男，陕西榆林人，陕西德源府谷能源有限公司助理工程师，研究方向：电气工程。

（责任编辑：秦逊玉）