某电厂谐波引起双电源频繁切换问题分析

孙建鹏

（上海电气电站环保工程有限公司，上海 201199）

随着电力电子技术的发展，越来越多的电力电子设备在工业和民用领域得到了广泛应用，比如变频器、可控硅整流设备等。

但随之而来的，也出现了电力电子设备带来的谐波对电能质量的损害问题。

谐波带来的危害一般会使变压器、电动机的损耗、振动及噪声增大，加速设备绝缘老化；使得输电线路有功损耗增大，电压损失增大；引起电力系统谐振，对电网安全运行造成隐患；使仪表的测量及计量装置误差增大。影响自动装置、继电保护的稳定运行，引起拒动、误动。

目前环保问题，受到越来越高的重视，许多电厂进行了烟气脱硫脱硝改造。在脱硝工程中，可控硅调功器因其可实现较为线性的在线温度调节与控制，在尿素热解法工艺的电加热器设备上，有较广泛的应用。

1 工程背景

某电厂进行烟气脱硝改造，采用尿素热解法。热解炉电加热器采用可控硅调功器，在线调温。电加热器控制柜电源引自脱硝MCC（电动机控制中心）段。

脱硝MCC段，主接线型式为单母线，两路电源采用CB级双电源自动切换装置，自投自复，以提高供电可靠性。

系统调试时，发现脱硝MCC段运行不稳定，双电源频繁切换，切换后电加热器控制柜跳闸，尿素热解系统无法正常运行。

2 故障原因分析

2.1 双电源频繁切换原因分析

故障发生后，对故障进行排查。

（1）检查双电源切换装置、MCC段电加热器馈线开关、电加热器控制柜一次、二次接线，接线无误。

（2）检查双电源切换装置、MCC段电加热器馈线开关、电加热器控制柜出厂试验记录，实验记录合格。

（3）断电状态下，重新对双电源切换装置、MCC段电加热器馈线开关、电加热器控制柜进行电气交接试验及操作试验，试验结果合格。

根据以上检查结果，分析故障原因存在于带电运行过程中，初步判断为电加热器可控硅调功器，在运行过程中，产生的谐波，对双电源自动切换装置的控制器产生了影响，引起误动，造成双电源频繁切换。

重新带电运行后，对脱硝MCC段谐波电压进行测量，结果显示以5次、7次、11次、13次谐波为主，如表1所示。

表1 谐波电压测量值

根据GB/T 14549-1993《电能质量-公用电网谐波》第4条：380V电网谐波电压限制如表2所示。

表2 公共电网谐波电压

实测谐波电压超标。电子设备，智能仪表一般要求运行环境谐波电压在5%以下。脱硝MCC段双电源切换装置控制器，装置电源采用交流220V/50Hz，取自常用电源和备用电源主回路。

根据以上分析，判断双电源频繁切换的原因为，电加热器可控硅调功装置运行时产生的谐波电压，对双电源自动切换装置控制器产生干扰，引起装置误动，且装置动作选择自投自复，故产生了行时频繁切换的问题。

2.2 电加热器控制柜跳闸原因分析

电加热器采用可控硅调功，根据设定温度，在线调节，闭环控制。电加热器控制柜控制原理图如图1所示。

由图1可知，电加热器一次配电回路主要由断路器QF，接触器KM1和可控硅调功元件构成。通过断路器QF实现一次回路的短路和过载保护功能，正常运行时，断路器QF闭合，短路和过载时，QF分闸。通过接触器KM1实现电路正常运行的分合闸控制。

二次回路电压为交流220V/50Hz，电源引自主回路C相，控制回路可以经过远程闭锁。加热器的启停可以选择就地/DCS启停，通过就地/远方选择开关，控制箱上按钮，以及DCS触点实现。其基本原理均为通过控制接触器KM1的主触头动作，实现一次回路的通断。

图1 电加热器控制原理图

如图，当就地或远方合闸按钮闭合后，控制回路接通，接触器KM1线圈得电动作，主回路接通，同时KM1的自保持触点闭合，KM1保持为动作状态，电加热器就得以持续运行。

结合电加热器柜控制原理图，对电加热器误动跳闸原因进性分析。因电加热器柜电源取自脱硝MCC段,当脱硝MCC段进线双电源切换开关因谐波影响发生误动切换时，电加热器控制柜会有约3S的失电时间（CB级双电源切换开关的切换时间为3S），在这3S的失电时间中，接触器KM1线圈失去工作电压而返回，KM1主回路触点及自保持回路触点均分闸，电加热器停运。

简言之，电加热器控制柜跳闸的原因是因控制回路电源取自动力电，在双电源因谐波干扰而切换的短暂断电时间内，接触器不能维持吸合而跳闸。

3 处理措施

3.1 双电源频繁切换处理措施

双电源自动转换开关频繁切换的原因在于谐波对控制器电子元件的影响。那么，解决问题的方法在于：

3.1.1 消除谐波源

消除谐波源的方法一般有：（1）取消产生谐波的设备。本项目中，产生谐波的设备为电加热器，因工艺技术的需要，此设备不能取消。（2）采用无源滤波器抑制谐波。采用LC无源滤波器，合理配置电感、电容参数，可以为谐波提供并联通路，达到滤除谐波的效果。一般应用于滤除固定频率的谐波。（3）采用有源滤波器抑制谐波。采用有源滤波器工作原理为，将有源滤波串联于电路中，产生与谐波相反的波形，从而达到消除谐波的目的，但一般造价较高。（4）采用组合型滤波器。组合型滤波器为无源滤波器和有源滤波器的合理组合。采用无源滤波滤除固定频率谐波，有源滤波对其他谐波进行滤除。可以取得较好的谐波滤除效果的同时，降低造价。

3.1.2 避免谐波对设备的影响

本项目中双电源切换开关的控制器电源取自主回路，受到了主回路谐波的干扰，那么把控制器电源独立出来，应该可以避免主回路谐波的干扰，比如控制器电源采用UPS电源，直流电源。

本项目具体情况为MCC配电间已建，不具备加装设备的位置，故采用加装滤波器的方法，暂不可行。另外，因本项目为大型火力发电厂内项目，电加热器功率相对发电机容量很小，且电加热器上级发电厂供配电系统，具有谐波治理装置，故电加热器产生的谐波，对上级发电机并网点产生的影响可以忽略。

3.1.3 具体措施

结合电厂的具体情况，考虑给双电源切换开关控制器外接独立电源的方法。因控制器所需电源为220V/50Hz,且UPS电源可靠性高，故解决脱硝MCC段双电源误动切换的方案为：①将控制器电源改为外接交流220V/50HZ UPS电源。②将双电源切换开关的切换方式，由自投自复（常用电源失电，备用电源自动投入，常用电源恢复正常，再自动切回常用电源），改为自投不自复（常用电源失电，备用电源自动投入，常用电源恢复正常，不再自动切回常用电源），以降低误动的风险。

3.2 电加热器柜跳闸处理措施

电加热器柜跳闸原因，在于接触器失电，主回路开断。那么，解决问题的办法，在于找到稳定可靠的控制回路电源，使上级双电源切换的过程中，控制回路不失电。控制回路电源参数为交流220V/50Hz。

所以，解决方案为：将电加热器柜控制回路电源，由主回路C相，改为外接交流220V/50Hz UPS电源。

4 处理效果

按照上述处理措施，对双电源切换开关控制器的电源进行了改造，切换方式控制字进行调整。对电加热器控制柜的控制回路电源进行了改造。

改造后，双电源切换开关运行稳定，不再出现频繁切换的现象。电加热器控制柜也未出现误动跳闸的现象。

5 结语

本文记述了某电厂脱硝系统试运行时，发生双电源频繁切换，及电加热器控制柜跳闸的故障，分析了问题的原因在于谐波对控制器的干扰。结合电厂具体情况，提出了针对性的解决措施，可供电气同行在遇到类似问题时参考。

对谐波问题的处理，应具体问题具体分析，主要从避免谐波对设备的影响和消除谐波两方面入手。谐波治理应就地进行，除采用滤波器外，还可以对谐波源做改造，比如采用“绿色变频器”，目前运用较广泛。另外，动态无功补偿技术的SVG、STATCOM装置，以及同步补偿机也应用于谐波的治理。相信随着技术的进步，谐波问题的处理，会有更多更好的解决办法。