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1、http://www.gtjia.com電解鋁廠諧波治理研究呂康飛1，董新偉2，范迪鵬3(1.淮陰師范學院，2.中國礦業(yè)大學，3.淮安供電公司)摘要以某電解鋁廠實際運行時出現(xiàn)的問題出發(fā)，根據(jù)電網實際結構進行電能質量測試，發(fā)現(xiàn)110kV母線上電能質量達到要求，但整流變壓器器2次側的5次濾波通道有過流現(xiàn)象。結合電能質量治理新技術，采用混合有源電力濾波器進行治理，并給出了具體參數(shù)，治理效果達到要求。關鍵詞電解鋁諧波有源濾波器過流隨著國民經濟的發(fā)展，對鋁材的需求越來越多。鋁電解作為鋁材生產的重要一環(huán)，需要大量的電力能源，因此供電系統(tǒng)在鋁電解的過程中具有十分重要
2、的地位。對其電能質量進行研究，有利于生產設備的安全、高效運行［1］。結合徐州電解鋁廠實際運行中5次濾波通道電容經常發(fā)生故障的問題，對整流電網進行測試與治理研究。1鋁電解整流供電網特點在鋁電解的生產過程中主要是對熔鹽進行電解來獲得其含有的金屬鋁，因此其鋁電解供電網具有以下特點:(1)諧波含量高。由于電壓和功率等方面的限制，目前鋁電解所需要的直流電源大部分采用不可控的整流系統(tǒng)獲得，不可避免的會產生很多高幅值的特征次諧波，在一定工況下有時還會產生非特征次諧波。(2)功率因數(shù)低。鋁電解供電網中包含調壓變壓器、整流變壓器，變壓層數(shù)較多，無功需求大，導致功率因數(shù)較
3、低。(3)用電量大，供電可靠性高。作為鋁電解生產過程中的主要能源，需求量大，且對供電可靠性要求高，一旦停電，整個生產將停止，若停電時間長還會損壞電解槽。2測試與分析2.1電網結構該電解鋁廠電網結構如圖1所示。系統(tǒng)共3條進線，分別是西進線，東進線和廠內發(fā)電機組供電線路。3條進線通過斷路器分別接入母線1和母線2。6臺整流機組中1、3、5號機組接在母線2，2、4、6號機組接在母線1，2臺動力變壓器分別接在兩端母線上。母線1與母線2采用并聯(lián)運行方式，全廠的大部分負荷容量由廠內發(fā)電機組提供，廠發(fā)電機組為135MW。整流變壓器為江西變壓器廠生產，型號為ZHSF-P
4、TB89000/110，額定容量89000kVA，額定電流467A，額定電壓110/0.8285kV。整流機組為西安電力電子研究所生產，型號ZES－2×38kA/1000V，每個整流機組包含2臺整流器，單臺整流器額定電流為38kA，額定電壓1000V。按N+1臺原則選擇整流機組，機組臺數(shù)取6臺，其中1臺備用。正常時6臺機組運行;當1臺整流機組故障或檢修時，其余5臺機組仍能滿足電解系列正常生產。每臺機組均設有5、7、11次無源濾波通道。http://www.gtjia.com2.2測試數(shù)據(jù)由于鋁廠目前絕大部分負荷由廠內發(fā)電機組提供，因此將數(shù)據(jù)測試點設在發(fā)
5、電機組升壓變壓器處。測試儀器采用美國的三相電能質量記錄儀FLUKE1760。110kV母線基準短路容量為750MW，最小短路容量為1500MW，公共連接點的供電設備容量為584MW，電壓互感器變比為110kV/100V，電流互感器變比為1200A/5A，表1為電壓總諧波畸變率，表2為各次諧波電流值，表3為1號整流器所對應的5次濾波支路主要諧波數(shù)據(jù)。2.3數(shù)據(jù)分析從測試數(shù)據(jù)可以看出公共連接點處的諧波均在國家標準范圍之內，但5次諧波偏大。由于5次濾波通道在整流變壓器2次側與整流裝置并聯(lián)，分析其故障可能為過流引起，下面計算其實際流過的電流是否超過額定電流。在
6、電容額定容量0.7Mvar，額定電壓0.8kV時，根據(jù)電容器的額定電流http://www.gtjia.com3治理措施研究要解決這種問題，一種方法是更換電容重新設計5次濾波支路。另外一種方法是撤銷各整流器單獨的濾波通道，在母線處進行集中治理。該文從第二種方法出發(fā)研究其治理措施?？紤]到要對無功與諧波進行綜合治理，項目中采用混合型有源濾波器系統(tǒng)對電網的無功及諧波進行補償。其中無源濾波器承擔大部分的諧波電流抑制和無功補償任務，有源濾波器則用于改善無源濾波器的濾波效果和抑制無源濾波器可能與電網發(fā)生的諧振，保證電網的安全及生產的正常進行［2］。治理點設置在11
7、0kV母線上，將各臺整流器的無源濾波通道撤銷。同時混合型有源濾波器設置5、7、11次濾波通道(圖2)。電壓源逆變器輸出電壓，通過耦合變壓器連接到無源濾波器的5次濾波支路的電感L5和電容C52兩端(其中C51、C52和L5組成5次濾波支路，L5與C52調諧在基波頻率)。利用L5和C52對基波諧振的特性，使基波電壓極大部分降落在電容C51上，有源電力濾波器既不承受基波電壓也不承受基波電流，極大地減小了有源濾波器的容量，降低了混合有源濾波器的技術難度和成本，實現(xiàn)了混合有源濾波器在大容量場合的應用［3］。文獻［4］給出了無源濾波器優(yōu)化配置的方法，文獻［5］給出
8、了有源濾波器容量的計算方法。利用這兩種方法根據(jù)已測的數(shù)據(jù)，確定濾波通道的主要參數(shù)如表4所示，有
