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电解
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电解装置谐波抑制的有效方法

时间:2018-10-18 | 作者:绿波杰能

  电解装置耗电量大,且大量应用整流等电气设备,导致其在运行过程中,会产生各种频段的谐波、电涌、脉冲等,这会造成电耗增加,电气元器件老化及损坏,冲击及损坏设备,事故频繁,单位产品的能耗增加。

高次谐波与正弦波叠加后波形

一、电解装置谐波产生机理
  随着电力电子技术的发展,电解装置也逐步开始采用可控硅整流装置。整流装置是一种非正弦受电设备,整流装置接入正弦电压电网运行时,整流装置从交流电力系统吸收的电流是非正弦的,整流器各臂轮流导通,经过整流臂的电流波形接近近似矩形波。这种非正弦电流波形,根据系统参数、整流装置相数、接线及运行条件的不同,而发生很大的畸变。
  当有相位控制(如晶闸管整流)时,控制角越大,则电流的起伏越大,网侧电流中的谐波成分越大。假定硅整流元件或晶闸管的导通和截止都是瞬时的,则整流装置的臂电流为矩形波,阀侧线电流亦为矩形波,网侧电流波形则视整流装置和接线的不同,而有矩形波和阶梯波两种。
  矩形波和阶梯波都可以用傅立叶级数分解为基波分量和谐波分量,具有f(ωt)=-f(ωt+π),谐波中无偶次谐波和直流分量,因此,整流装置是一个奇数谐波源,使得网侧波形发生变化。
  目前,整流装置已成为电力系统中较为主要的谐波源,必须引起足够的重视,并应该采取相应的措施来减少谐波。


二、电解装置谐波的影响
1、电解装置谐波对整流设备及其周围相关设备的影响
  电解装置谐波会导致导体发热,阻抗增加,线损增加明显;高次谐波的累积与叠加,容易形成谐振,其产生的过电压及过电流会使晶闸管反向击穿,造成工艺上的不正常情况。
2、电解装置谐波对变压器的影响
  增大变压器的铜损及铁损,造成变压器温升过大,形成恶性循环,降低效率,加速绝缘老化,增加电能消耗。电解装置谐波对星形变压器来说,容易造成谐振,对三角形变压器来说,容易在绕组中形成环流而过热。
3、电解装置谐波对自动化控制系统的影响
  电解装置谐波的瞬时脉冲会引起控制元件的误动作,有时会触发保护系统而停机,尤其是在数控设备中的控制芯片中的电容易受到谐波的影响,很容易老化甚至是短路,引起设备不能正常工作。另外,在这类设备的接触器的触点上,在谐波的作用下,很容易形成一个氧化碳膜层,并产生磁饱,既增加了接触点的阻抗,又大大降低了接触器的灵敏度。


三、治理电解装置谐波的好处
1、减少各类仪器,尤其是高精度、高价值、须严格安全保护的计算机系统或设备,以及各类动力设备免受高峰电流的冲击;
2、有一定的节电效果,一般节电率为5~15%;
3、延长设备的使用寿命,一般动力设备的使用寿命可提高20~30%,大功率整流装置等的使用寿命可提高40%;
4、降低设备及系统的维护成本;
5、降低设备及系统的运行成本;
6、明显降低各类用电负载的工作温度,降低输电线路及主变压器的运行温度。


四、电解装置谐波抑制措施
  对整流装置谐波进行抑制的基本措施是增加整流相数和安装滤波装置。
1、增加整流相数
  增加整流相数是存在一定的局限性的,因为如下几个方面的原因:
1)增加整流相数智能解决部分特征谐波,显然还有相当多的特征谐波未被包括进去;
2)构成等效多相制的条件也是随运行方式而变化的,特别是在整流负荷随冶金市场的变化而变化时,要实现等效多相整流确实是不容易的;
3)受电源质量和整流装置的固有特性所限制,及时机组按多相制配置、运行,也难免有非正常的谐波出现,例如电源电压不完全对称,整流阀侧电压不平衡,各相控制角不一致等因素都会产生剩余谐波和非特征次谐波;
4)还有随机性较强的背景谐波。
2、安装滤波装置
  有源滤波是一种动态跟踪,以“抵消”代替吸收的滤波形式,但成本较高。从电解装置谐波抑制效果及成本综合考虑,可以采用无源滤波+有源滤波的混合滤波模式,以无源滤波为主,有源滤波为辅,这种混合滤波模式可以适应谐波复杂多变的特性,大大降低滤波装置的总成本,实用性、经济性和可行性都是比较强的。

混合谐波治理装置运行前后电流波形对比图

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