摘要 本文針對(duì)首套國(guó)產(chǎn)化60MW發(fā)電機(jī)組空冷島低壓配電系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)變頻器負(fù)載諧波含量及大小進(jìn)行分析論證，對(duì)合理選用濾波設(shè)備容量有著比較實(shí)用的工程意義。 關(guān)鍵詞 : 空冷島 變頻器 諧波電流 仿真計(jì)算 諧波變化趨勢(shì) [align=center]Harmonic analysis on Power system of 600MW air-cold sub-critical generators group incold air island Plant ChundongLiu HngXul Xianan Wei （1.program Management DePartment of China Power Huolinghe Corl GrouP，Tongliao of lnter Mo ngolia028000 2.NortheastElectricPowerDesignInstitute，Changchun，Jilinl30021）[/align] Abstract：The PaPer aims at the analysis and argumentation of low voltage Powerd is tribution system of the first set 600MW generators grouP，the harmonic amount & size of air blow fan transducer load，which is significant in reasonably selecting the caPacity of the filtering device. Keywords:ColdAirisland，transducer，harmonic，simulationcalculation，changeternd of harmonic 1 引言 我國(guó)北方地區(qū)煤炭資源比較豐富，火力發(fā)電項(xiàng)目較多。國(guó)內(nèi)五大發(fā)電集團(tuán)都在北方地區(qū)設(shè)有火力發(fā)電廠。但是，由于我國(guó)北方地區(qū)水資源比較匾乏，因此，在火力發(fā)電項(xiàng)目中，對(duì)傳統(tǒng)的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)的更新，開(kāi)始采用國(guó)際上較為流行的空冷島風(fēng)冷技術(shù)，國(guó)內(nèi)風(fēng)冷技術(shù)開(kāi)始慢慢得到應(yīng)用。 通遼發(fā)電廠三期工程為新建1臺(tái)060MW 空冷亞臨界發(fā)電機(jī)組。這套機(jī)組建成后，將是國(guó)內(nèi)同容量發(fā)電機(jī)組首次國(guó)產(chǎn)化，對(duì)國(guó)內(nèi)類似工程項(xiàng)目建設(shè)的示范性不可言喻。該機(jī)組空冷島低壓廠用電系統(tǒng)一次結(jié)線如圖1所示。 2 問(wèn)題的提出 空冷島的直接空冷系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)使用變頻器可以帶來(lái)以下好處:A、節(jié)約廠用電;B、減小散熱器面積;C、使散熱器周圍的空氣動(dòng)力場(chǎng)均勻。 空冷島的直接空冷系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)使用變頻器同時(shí)帶來(lái)的最大不利影響就是:由于變頻器產(chǎn)生大量諧波，而且眾多的變頻器產(chǎn)生的諧波相互疊加，比較復(fù)雜。諧波將會(huì)影響電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，還會(huì)導(dǎo)致供電設(shè)備絕緣發(fā)熱損壞，系統(tǒng)內(nèi)部或外部周圍的控制保護(hù)設(shè)備拒動(dòng)或誤動(dòng)，尤其是對(duì)電子產(chǎn)品影響更大。關(guān)于諧波的危害性，有大量的文獻(xiàn)有詳細(xì)的分析，本文不作贅述。 一般來(lái)講，變頻器諧波大小決定于以下主要因素： ① 觸發(fā)控制角a; ② 換流重迭角Y; ③ 觸發(fā)脈沖的對(duì)稱性; ④ 內(nèi)置濾波技術(shù)。 在沒(méi)有相似工程經(jīng)驗(yàn)的前提下，針對(duì)低壓380V母線及高壓IOkV母線系統(tǒng)，變頻器負(fù)載產(chǎn)生的諧波究竟有多大，采用什么樣的方法治理，諧波治理設(shè)備容量選擇多大為合適，等等問(wèn)題困繞著用戶方和設(shè)計(jì)方。 3 諧波含量的分析計(jì)算 3.1 采用ETAPPowerstatlon4.7軟件分析該軟件是基于微軟視窗系統(tǒng)的全圖形界面的電力系統(tǒng)仿真分析、計(jì)算的軟件。對(duì)諧波分析的計(jì)算遵從IEEE519a的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行諧波潮流分析，諧波共振基頻率掃描分析，模擬電壓和電流諧波源等計(jì)算，能夠提供電壓、電流總的方均根（RMS） ;電壓電流總和成峰值（ASUM）;總的諧波畸變度（THD）;通訊干擾系數(shù)（TIF）等計(jì)算結(jié)果。 本工程的電氣接線使用的計(jì)算模型包括發(fā)電機(jī)、各級(jí)變壓器、線路、電動(dòng)機(jī)、變頻器等一次電氣系統(tǒng)參數(shù)。在本工程的電氣模型中，只有變頻器作為諧波電流源提供諧波電流。計(jì)算時(shí)候采用ETAP軟件中提供的EIEE常規(guī)6脈沖波型（波型附件略），沒(méi)有考慮任何濾波措施，計(jì)算結(jié)果中的5次和7次諧波的分量分別為基波電流的18.45%和13.19%。計(jì)算得結(jié)果具有一定的代表性和普遍意義，見(jiàn)表1。 仿真計(jì)算總的低壓母線上的諧波電流為1125A，由于此計(jì)算并未考慮任何濾波措施，所以結(jié)果肯定偏大。根據(jù)變頻器制造廠的計(jì)算數(shù)據(jù)和產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，降低30%一40%的諧波幅值是完全可能做到的。按最不利因素考慮，可以消除30%的諧波電流，則實(shí)際諧波電流應(yīng)該小于789A;同時(shí)考慮國(guó)標(biāo)允許的諧波電流為180A（計(jì)算過(guò)程略），則需要做濾波處理的諧波電流應(yīng)不大于609A。在這種情況下，由于空冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式也不完全是100%電動(dòng)機(jī)功率運(yùn)行，所以，在大多數(shù)情況下，低壓母線的諧波電流可以保證遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于180A的國(guó)標(biāo)要求。 3.2 采用Rockwell公司軟件分析 空冷風(fēng)機(jī)最終選用的是Rcokwell公司的變頻器，變頻器總數(shù)為16 臺(tái)132kw，系統(tǒng)數(shù)據(jù)如圖2所示。 根據(jù)圖2中的系統(tǒng)電氣參數(shù)，基于變頻器3%進(jìn)線電抗器、同時(shí)帶有內(nèi)置中間直流電抗器的條件，并考慮變頻器95%負(fù)載率，仿真計(jì)算出表2的諧波含量。 表2仿真計(jì)算的低壓母線上諧波電流為764.88A，與用ETAP軟件仿真計(jì)算的結(jié)果1124.9A 小約360A（約32%）。這個(gè)差值的原因除了仿真原理外，應(yīng)該還有后者考慮了交流側(cè)與直流側(cè)分別串聯(lián)了電抗器，以及內(nèi)直LC濾波的原因。 3.3 相似工況測(cè)試分析 為了進(jìn)一步對(duì)上述的仿真分析進(jìn)行論證，筆者對(duì)具有相似工況的大同二電廠進(jìn)行了測(cè)試，大同二電廠Zx6OOMW 發(fā)電機(jī)組空冷島廠電低壓系統(tǒng)包括四段母線，每段母線由一臺(tái)2500kVA變壓器供電，各段母線上的主要負(fù)載為14臺(tái)10kw 的變頻器，變頻器采用Semens公司，交流側(cè)串抗3%，直流側(cè)也串聯(lián)有電抗器。測(cè)試點(diǎn)為變壓器二次，380V母線進(jìn)線處，其測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。 從圖3可以看出，諧波電流畸變率與變頻器負(fù)載率成反比關(guān)系，呈負(fù)極性曲線特性，其極值軸值為24%。極值軸值的位置與變頻器脈沖數(shù)、交直流串抗、內(nèi)置濾波相關(guān)連。諧波電壓畸變率與變頻器負(fù)載率成正比關(guān)系，呈正極性曲線特征，其極值軸為16%。極值軸值的位置與電流畸變率及系統(tǒng)阻抗參數(shù)相關(guān)連。按圖3曲線進(jìn)一步分析，大同電廠空冷島系統(tǒng)在變頻器負(fù)載率為10%（約225OA）時(shí)，變壓器負(fù)載率約為62.3%，低壓母線諧波電流畸變率約為27.5%，此時(shí)諧波電流值為618.SA。對(duì)比 分 析 ，通遼電廠空冷島系統(tǒng)低壓母線，其主變?nèi)萘肯嗤?，變頻器總裝機(jī)功率為16xl32kw=2nZkw，當(dāng)變頻器100%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)，變壓器負(fù)載率約為84.5%（約305OA），低壓母線電流畸變率約為24.5%，此時(shí)諧波電流值約為746A。 3.4 小結(jié) 從以上三 種分析得出，對(duì)于通遼電廠三期空冷島低壓系統(tǒng)，當(dāng)變頻器負(fù)載率為95%一100%時(shí)，低壓母線的電流畸變率約為25%左右，諧波電流值約為750A一800A。按380V母線短路容量23MVA，考慮到國(guó)標(biāo)[3]對(duì)諧波電流注入值的要求，則可殘余注入總諧波電流值約為180A。因此，需要做濾波處理的諧波電流應(yīng)不大于620A。 考慮到空冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式也不完全是10%電動(dòng)機(jī)功率運(yùn)行，所以，在大多數(shù)情況下，低壓母線的諧波電流可以保證遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于180A的國(guó)標(biāo)要求。綜合 諧 波 電流分析計(jì)算結(jié)果，對(duì)比國(guó)標(biāo)要求以及考慮實(shí)際運(yùn)行情況，并同時(shí)考慮盡量降低整體的造價(jià)，將有源濾波設(shè)備的電流值調(diào)整為6OOA，即可滿足要求。 4 結(jié)論 根據(jù)表三統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行曲線描繪如下（圖三）。本文就大容量火力發(fā)電機(jī)組廠用電空冷島低壓系統(tǒng)變頻器負(fù)載的諧波含量與大小，采用了電力系統(tǒng)專業(yè)仿真軟件進(jìn)行了分析，同時(shí)參考了變頻器廠家的仿真分析，針對(duì)仿真計(jì)算的結(jié)果也參考了相似工程的諧波實(shí)測(cè)和數(shù)據(jù)分析。對(duì)相似的國(guó)產(chǎn)化火力發(fā)電項(xiàng)目中廠用電空冷系統(tǒng)中的諧波分析與諧波治理設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)具有一定的參考價(jià)值。 參考文獻(xiàn) [1] 姜齊榮，趙東元，陳建業(yè).有源電力濾波器.北京:科學(xué)出版社，205，10 [1] XiaolongLiu.HannonicEstimatorRePort一oneLine，RockwellAutomation.2（X）5，12 [1] 鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)（上、下）.冶金工業(yè)出版社，19%. 作者簡(jiǎn)介 劉春東（1968一），男，工學(xué)碩士，高級(jí)主管，主要從事發(fā)電項(xiàng)目電氣技術(shù)管理工作。 魏顯安（1966一），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事火力發(fā)電廠電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)咨詢工作。