隨著科學技術的發展,礦業供配電電網中愈來愈廣泛的使用變頻設備、整流設備等電力半導體的裝置。
電力半導體裝置為非線形負載,其電壓、電流波形實際上不是完全的正弦波形而是不同程度畸變的非正弦波。根據傅立葉級數分析而知,其可分解成基波分量與諧波分量。
諧波主要是由諧波電流源產生的,而當正弦基波電壓施加于非線性設備時,設備吸收的電流與施加的電壓波形就會不同,電流因此而發生畸變,諧波電流注入到礦業電力系統中,這些非線性設備就成為礦業電力系統的諧波源。
由于現代礦業工業中大量使用了各種整流設備、交直流換流設備和電子電壓調整設備,如電熔煉設備、電化學設備、礦井起重設備、露天采掘設備、電氣機車等與日俱增。這些設備都大量地使用了晶閘管,通過變頻調速技術來達到節能目的。然而,因為電力電子裝置的使用而出現的高次諧波污染問題又使電路的功率因數下降,造成了電氣元件及設備的故障和損壞。
典型負載
照明設備:由于廠內部使用大量的節能熒光燈具,因此會產生大量的諧波電流,熒光燈接成三相四線負載時,中線上就會流過很大的三次諧波電流;
變頻器:變頻器是非常典型的諧波源,其電流畸變率達33%以上,會產生大量的5、7、11、13等(6n±1)次諧波;
破碎機、切粒機、磨礦機、漿砂泵等設備:這些機器動力裝置大都采用變頻裝置,這些非線性設備就成為礦業電力系統的諧波源,會產生大量的諧波電流,尤其是5次諧波嚴重;
諧波對有色金屬選礦供電系統的危害
礦業是對安全非常重視的的一個行業,而礦業的配電安全就是保障采礦能夠安全、穩定、連續生產的一個必不可少的客觀條件。而在礦業的配電系統中,由于眾多的變頻設備和整流設備產生了大量的諧波,因此導致生個配電系統中整體老化嚴重、絕緣性能下降、控制性下降,操作性降低等危害。由此也可導致設備癱瘓、故障甚至放電、著火等嚴重危及人身安全和財產安全的嚴重后果。具體來說,諧波對礦業系統的安全生產的危害主要有以下4點:
1、 對微機保護和控制設備的危害。
礦井供配電系統中的諧波電壓和電流,會導致供配電系統中各類保護及自動裝置產生誤動或拒動,特別在廣泛應用的微機保護、綜合自動化裝置中表現更為突出,容易引起區域系統瓦解,造成故障擴大等惡性后果;
2、 對通信和信息線路的危害。
當供配電線路與通訊和信息線路平行或相距較近時,由于兩者之間存在靜電感應和電磁感應,容易形成電場耦合和磁場耦合,諧波會對通訊和信息系統產生干擾,降低信號的傳輸質量,不僅影響聲、像的清晰度和信息傳輸的準確性,嚴重時還會造成設備損壞,危及人身安全;
3、 對電力電纜的危害。
在導體中非正弦波電流與具有相同方均根值的純正弦波電流相比,并且會引起額外溫升縮短電氣設備和機密儀器的使用壽命,甚至損壞設備;影響生產效率,以及生產質量。
4、 干擾通信系統的工作。
電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合,在鄰近電力線的通信線路中產生干擾電壓,干擾通信系統的工作,影響通信線路通話的清晰度,而且在諧波和基波的共同作用下,觸發電話鈴響,甚至在極端情況下,還會威脅通信設備和人員的安全。另外礦采企業的用電量非常大,但是諧波問題會損害電表計算電能的準確性,會造成不必要的損失。
解決方案
1 利用APF實現諧波治理
現代礦業工業中大量使用了各種整流設備、交直流換流設備和電子電壓調整設備,如電熔煉設備、電化學設備、礦井起重設備、露天采掘設備、電氣機車等與日俱增。這些設備都大量地使用了晶閘管,電力電子設備將會帶來諧波問題。
治理諧波的最佳解決方案是采用有源濾波技術,該補償原理是產生與負荷的諧波電流大小相同相位相反的補償電流,以此來消除負荷產生的諧波對配電網的影響。
APF選型:
有源電力濾波裝置的設計容量=運行電流*電流畸變率
為了使補償效果更佳,一般留有裕量,因此一般在計算容量乘以1.2后作為最后的配置容量。
杭州水杉科技生產的
有源電力濾波裝置是應用于抑制電力諧波、動態無功補償的三電平高功率密度電力電子產品。使用后能輕松應對有色金屬選礦供電系統的電能質量改善。