毛斌
云南云铜锌业股份有限公司 云南昆明 650102
摘要：介绍了云铜锌业扩能改造十万吨，配套的供电系统增容配套改造，这次是非同相逆并联技术运用于锌电解的一次实践案例，并分析了采用本方案时取消或简化滤波装置的可能性。对本次采用非同相逆并联整流系统主要性能的几个问题的论述，旨在将目前应用中有争议、不足或较易忽视的问题进行理性的取舍，使新上整流系统相对安全可靠。
关键词：非同相逆并联 整流 滤波装置
1、前言
随着技术改进向纵深发展，冶金设备的单机容量迅速增大,可控硅整流装置在冶金设备中应用发展迅猛，设计者从经济效益，降低设备投资和维护费用出发要求加大单机容量。可控硅整流装置和可控硅功率控制装置的可靠性日趋提高，技术不断完善，使数千、数万甚至数十万千瓦的可控硅设备相继出现的同时，它的不足之处也显示了出来，就是可控硅设备及感杭非线性设备是一个谐波产生源。
2、可控硅整流装置
在冶金生产中广泛用于轧钢机、电炉、电解、电气自动化等系统,是电网的主要非正弦受电设备，即使电网供电电压为理想正弦波,由于整流器的单向导电作用，在正反向电压作用下电阻值不同，所以整流装置从交流电力系统取用的电流是非正弦的，当这种非正弦电流流入电力系统中包括发电机、输电线、变压器在内的各种阻抗元件时，必然产生非正弦的电压，使交流系统各点的电压波形也发生不同程度的畸变,畸变的电压反过来对可控硅整流装置从系统中取用的电流波形又产生影响。
3、整流系统配置
本次整流采用单机组12相，2机组24相系统，给一个系列电解槽供电方式，整流变压器为自耦变压器调压，主变一次采用曲折移相，采用2个独立铁芯，阀侧绕组为三角形接线，接线组别为：YNa0，Z1/d11，Z2/d11。单机组移相+7.5°、-22.5°，另一台机组的移相角为：-7.5°、+22.5°。每个机组组成2个三相桥式接线，12脉波整流，2台机组共组成24脉波。机组一次绕组同名端相位差30°；另一个系列采用相同配置。
4、谐波分析
电网侧交流谐波的次数主要决定于整流变压器的接线方式和相数，若单台整流装置交流侧的谐波次数为N，则N=Kp士1
式中：P=单台整流装置整流后脉动数(三相桥式整流为6)；
K=1,2,..3…正整数
当供电系统内有大容量整流装置时，通常在整流变压器交流侧采用移相线圈，使各台整流变压器组成多相结线，在各整流装置具有相同的特性，负载电流和控制角相同时，线路谐波电流的矢量和将消除一些低次谐波，其最后存在谐波为特征谐波，特征谐波的次数：
N1=Kp`士1
式中:Pˋ=各台装置组成的等效脉冲数
由通式 N=Kp士1，可计算出谐波次数N
当K=1,2,3…正整数，整流脉波数P=12时，N=11,13,23,25…；P=24时，N=23，25，47，49…；查表谐波电流最大幅值 （y=0时），11次为9.1%、13次为7.7%、23次为4.3%、25次为4.0%，明显可以看出P=24时，11和13次谐波已经消除，电压畸变率在下降。当以后进线供电方式改变后，整个整流系统对电网形成P=48脉冲，到时候谐波影响将更小。
5、高次谐波造成的危害
高次谐波的危害性主要是：①高次谐波电流造成的供用电设备的过负荷发热及磁感应障碍,危机设备寿命。
②高次谐波电压畸变造成利用电压波形控制的供用电设备误动作、失控等,造成事故。下面就高次谐波对供用电设备的危害作一简单分析。
5.1电力电容器
电力电容器是供电系统中普遍采用的无功补偿设备，由于电容器容抗，高次与频率成反比，因此对谐波电压的反应较灵敏，当含有高次谐波的电压加在电力电容器上时过大的电流、电压将使电容器过热，加速电容器的介质老化，介质损失系数tga增大，缩短电容器的使用寿命，或者出现击穿现象，电容器对谐波电流的放大作用甚至会使电气参数匹配发生谐振，可使电容成倍地过负荷，响声异常，熔断器熔断，造成电容器无法投运。因此，合理配置电容器和电抗器至关重要，是保护整个电网安全运行的先决条件。
5.2变压器
变压器中流有高次谐波电流,将增加变压器的损耗(铁损和铜损)。变压器铁损Pc由磁滞损失Pn和涡流损失Pe构成：
PC=Pn+Pe
=V(KnfBm2十Kef2Bm2)
式中:
Ke=系数,取决于铁芯材料的单位
Bm=铁芯中磁感应强度最大值
F=工作频率
V=铁芯体积
A=指数,与Bm有关
从公式可知,运行中的变压器Ke、Bm、V、a都是固定不变值，铁损Pc与工作电源频率f成正比。即感抗随频率成正比而变化，因此当高次谐波流入变压器，增大了变压器激磁电流及铁损，同时流入线圈，因集肤效应使得线圈电阻：R1<nr(rn一n次谐波通过线圈的电阻)增大,增加了变压器的铜损,这样就降低了变压器的效率且发热异常,噪声增大,加速变厂器的介质老化,缩短使用寿命。
5.3测量仪表
高次谐波对感应型电度表会造成负误差，国内外类似型的电度表频率特征与此差别不大。在不同的电压和电流相角差的情况下，频率越高、误差越大，且均为负误差。当频率大约为一千个赫兹时，电度表就停止转动；当过大的高次谐波电流进入电度表，还可能烧毁电度表的电流线圈。
5.4控制系统
控制角为1250左右时,其线电流有效值为非控制时(基波电流)的40%，中性线则流有线电流有效值的1.7倍电流。当控制角为900时，其线电流有效值为非控制时(基彼电流的)70%，中性线则流有与线电流相等的电流。高次谐波对脉冲相位控制的可控硅工作，在高次谐波分量严重的情况下，控制相位发生偏移，会产生误动作，引起所谓“谐波不稳”的发生，对声像系统可能造成二极管、电容器、放大器等元件故障，性能劣化、杂音、显示模糊、寿命降低等；对集中控制装置，由于控制相位改变，造成误控或失控；继电器会因高次谐波电流使原整定值在超过时间相位变化而不动作或误动作；熔断器由于过大的高次谐波电流使熔断器在没有超过整定值时就熔断、以及系统噪音增大等故障。避免过大的相位控制角当相位角a增大时，允许的整流装置容量会急剧减少，这是由于在一定条件下，相位控制角增加会使换相角减小，电流谐波含量增加，为了保持小的a角，可在整流变压器上进行有载调压。
5.5装置静止无功动态补偿装置
为了抑制网侧交流高次谐波，用户根据本系统的谐波源的特征，由于本系统的特殊性或条件限制等原因、整流相数的增加受到限制，可控硅整流装置控制角较大等原因。都可能出现幅值较大的高次谐波分量，以致供电系统母线上电压畸变率(畸变系数)超过国家允许的标准，必须安装滤波装置。滤波装置通常由3、5、7、n高通奇次谐波固定式的滤波器组成，用串联共振原理，常用L一C一R滤波器调谐于某一特定的要滤除的n次谐波上，形成该次谐波的低阻抗通道，调谐时，仅剩阻尼电阻起抑制谐波电流放大的作用。
6. 结语
对于目前2台整流系统对应一个供电系统，需要滤出11、13、23、25次谐波，显然投资大、所需滤波电容器容量大、损耗高、占地面积大、系统复杂、维护费用高。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的提高，预期未来电化学整流电源的控制系统将向智能化、数字化、模块化方向发展。 随着对供电电网质量管理的进一步严格，以及计算机控制的普及，“绿色电源”已成为未来电化学整流电源使用厂家追求的目标，预期未来的谐波补偿装置将是无源和有源共存，并将通过计算机检测并监控，充分提高整流系统的可靠性。
参考文献:
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