大红山铁矿二期胶带机变频传动系统谐波的估算及减少谐波措施

2021-06-03李伟明

有色金属设计 2021年1期

关键词：整流器畸变绕组

杨安，李伟明

(1.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明 650051；2.玉溪大红山矿业有限公司，云南玉溪 653405)

0 引言

大红山铁矿二期胶带运输机由变频器驱动，变频器为非线性电源装置，运行时会向电网注入高次谐波，污染电网。变频器整流侧基本单元为二极管桥式整流电路，产生特征谐波为5次、7次、11次、13次、17次、19次等次谐波。

1 系统配置及主要参数

大红山铁矿二期胶带系统配置见表1。采4#、采6#胶带输送机均为双滚筒四电机，采用四套变频调速驱动，且变频器运行功率较大，设计中应采取措施，减少注入电网的谐波，满足国标GBT14549-93对谐波的要求。由于采5#胶带机及采7#胶带机的功率较小，本次谐波估算忽略其影响。

表1 大红山铁矿二期胶带运输机配置Tab.1 Configuration of belt conveyors in Dahongshan Iron Mine Phase Ⅱ

2 系统谐波的估算

谐波的估算要计算5次、7次、11次、13次、17次、19次等次特征谐波电流值，再计算电压总谐波畸变率，使电压总谐波畸变率满足国标GBT14549-93的要求。

谐波电流计算方法很多，该工程谐波电流计算采用《ABB-交流传动谐波指南》中“各种整流方案的典型谐波成份”表中的数据计算谐波电流发生量。表2、表3、表4为相关整流方案谐波成份。

表2 带电抗器的6脉波整流器谐波成份表Tab.2 Harmonic compositions of 6-pulse rectifier with reactor

表3 带三绕组变压器的12脉波整流器谐波成份表Tab.3 Harmonic compositions of 12-pulse rectifier with three-winding transformer

表4 带2组3绕组变压器的24脉波整流器谐波成份表Tab.4 Harmonic compositions of 24-pulse rectifier with two sets of three-winding transformer

采4#、采6#胶带输送机变频器由变电所10 kV母线通过整流变压器供电，谐波的估算要计算变电所10 kV母线电压总谐波畸变率，满足国标GBT14549-93中对电压(相电压)总谐波畸变率限值的要求，见表5。

计算电压总谐波畸变率：

式中：

Uh——第h次谐波电压(均方根值)；

Ih——第h次谐波电流；

Xh——系统第h次谐波相电抗，Xh=hX1；

X1——系统基波相电抗，X1=U2/Sd(Ω)；

U——计算点电压(kV)；

Sd——计算点系统短路容量(WVA)。

表5 国标GBT14549-93中对电压(相电压)总谐波畸变率限值Tab.5 Total harmonic distortion limitation of voltage(phase voltage)defined in national standard of GBT14549-93

计算基波电流：

采4#胶带输送机和采6#胶带输送机变频器的基波电流合计为208 A。

表6、表7、表8是对3种不同的整流形式进行谐波评估。

显然是不满足电压总谐波畸变率≤4.0 %的要求。

变电所10 kV母线系统短路容量Sd=80 WVA，系统基波相电抗，X1=U2/Sd=1.25 Ω，经计算电压总谐波畸变率THDu %= 10.6667 %。

经计算电压总谐波畸变率THDu %=5.44 %，仍然不满足电压总谐波畸变率≤4.0 %的要求。

表6 采用6脉波整流的谐波电流Tab.6 Harmonic current with 6-pulse rectification

表7 变频器采用三绕组变压器的12脉波整流器谐波电流Tab.7 Frequency converters with the harmonic current of 12-pulse rectifier of three-winding transformer

表8 带2组3绕组变压器的24脉波整流器的谐波电流Tab.8 Harmonic current of 24-pulse rectifier with two sets of three-winding transformers

经计算电压总谐波畸变率THDu %=2.129 %，满足电压总谐波畸变率≤4.0 %的要求，同时也满足奇次谐波电压总谐波畸变率≤3.2 %的要求。

图1 实现等效24脉波整流的变频机组结构简图Fig.1 Frequency converter sets for achieving the equivalent 24-pulse rectification

为实现24脉波整流，采4#胶带输送机或采6#胶带输送机的变频器采用12脉波整流，整流变压器二次侧设有2个绕组，1个三角形绕组，1个星形绕组，二次侧绕组间的相移30°电角度。8台整流变压器分成两组，采4#胶带机4台整流变压器为一组；采6#胶带机4台整流变压器为另一组。2组整流变压器的1次绕组分别移相+7.5°电角度及-7.5°电角度，整个系统组成等效24脉波整流器，见图1。