大紅山銅礦豎井提升機直流傳動系統諧波評估

師進昌

(云銅礦山研究院，云南 昆明 650051)

0 引 言

大紅山銅礦箕斗豎井設計提升機為4.5 m×6多繩摩擦輪提升機，電動機功率2×2 500 kW，直聯電機轉速54 r/min，箕斗運行最大速度12.7 m/s。提升機傳動方式采用直流傳動，傳動系統在交流變直流產生了大量諧波，該文針對大紅山銅礦箕斗豎井提升系統產生的諧波進行估算分析，在此基礎上，采用了降低諧波電流的措施。由于大功率的提升直流傳動在國內礦山使用并不廣泛，產生的高次諧波電流對電網安全運行以及電網的質量影響都比較大，因此需研究礦山提升系統電控系統諧波的產生特點以及諧波處理的方法。

1 箕斗豎井提升傳動系統及主要參數

大紅山銅礦箕斗豎井提升機傳動系統配置見圖1。

圖1 箕斗豎井提升機傳動系統配置圖

主要參數如下：

1.1 直流電動機

單臺直流電動機功率：2 500 kW，電機額定電壓900 V，電樞額定電流3 060 A。

1.2 整流裝置

整流裝置為ABB公司生產的ABB DCS800-S02-4000-10。

1.3 整流變壓器

整流變壓器一次側額定電壓6 kV，二次額定電壓U2=870 V，整流變壓器容量4 000 kVA，2臺整流變壓器接線組別分別為D.y11及D.d0，變壓器短路阻抗Uk%=7

2 直流傳動系統諧波估算

2.1 單臺整流機組6脈波整流諧波計算

整流變壓器二次額定電流：I2=IDK2

式中：

ID—電樞額定電流；

K2—系數，對于三相橋式電路K2為0.816；

I2=0.816×3 060A=2 497A

整流變壓器二次容量：

諧波電流與基波電流比例系數：

Kn與整流角a、換向角γ有關。

相控深度(1-cosa)對諧波含量的影響是通過整流角a對換向角的影響而達到的。在一定的換向電流和負載電流下，當a增大時，γ急劇減小，從而諧波電流急劇增大。但在深控情況下，a角的變化對γ角的影響很小，因而對諧波含量的影響也小。

整流器輸出特性表達式為：

式中：

Ud0—全導通時理想直流空載電壓平均值；

Ud0=1.35U2=1.35×870V=1 174.5V

C—斜率系數，三相橋式電路C=0.5

X*H—換向電抗X*H=X*x+X*B；

X*x—以變壓器為基準的系統電抗標么值

X*B—整流變壓器的短路電抗0.06

Ud=Udo[COSa-0.5×(0.0.45+0.06)

=Udo(COSa-0.0525)]

計算換向角γ

COSa-COS(a+γ)=2×0.0525=0.105

COS(a+γ)=COSa-0.105=0.714

γ=44.4-35=9.4

由a=35，γ=9.4，經計算得：

K5=0.194，K7=0.135，K11=0.079，K13=0.063，K17=0.042，K19=0.034

按照基波電流I1=362 A及諧波電流系數Kn求出各次諧波電流值：

I5=70.4 A；I7=48.93 A；I11=28.64 A；I13=22.88 A；I17=15.06A；I19=12.25 A

2.2 2臺整流機組等效12脈波整流諧波計算

為了減少諧波電流，2臺機組組成等效12脈波整流電路，為此兩臺整流變壓器接線組別分別為D.y11及D.d0。

2臺機組組成等效12脈波整流電路后，5次、7次、17次及19次諧波電流相差180，相互抵消。但考慮2臺機組諧波電流不完全對稱，還存在一定量的非特征諧波電流，工程計算時可以取15 %～20 %的殘留諧波電流，如殘留系數取20 %。

2臺機組產生的諧波電流如下：

I5=14.08 A；I7=9.786 A；I11=57.28 A；I13=45.76 A；I17=3.012 A；I19=2.451 A

計算6kV母線電壓總諧波畸變率THDU

系統基波電抗取系統短路電抗

式中：

Uj—系統電壓平均值6.3 kV

Sd—系統短路容量88 MVA

相應數值代入上式，計算出電壓總諧波畸變率：

計算結果表明，6 kV母線電壓總諧波畸變率大于《電能質量 公用電網諧波》規定的3.2 %限值，必須進行諧波治理。

對諧波電流分析發現，11次及13次諧波電流特別大，為滿足國標要求，必須對11次及13次諧波電流進行治理。

2.3 裝設11次、13次諧波濾波電路后的諧波水平

提升系統電動機在額定狀態運行下，直流傳動系統的自然功率因數0.73，為了滿足功率因數大于0.9的要求，在6 kV母線上設置動態無功補償裝置，無功補償裝置由±2 000 kVAr的SVG及兩回1 000 kVAr固定補償支路組成，無功補償容量0～4 000 kVAr。

固定補償支路設計為11次、13次濾波回路。

大紅山銅礦箕斗豎井提升系統傳動系統濾波電路投入運行后，2018年3月，根據諧波記錄儀的記錄數據，提升系統產生的諧波電流如下：

I5=12.58 A；I7=8.76 A；I11=4.31 A；I13=4.34 A；I17=2.02 A；I19=2.35 A

按此數值計算電壓總諧波畸變率：

3 結 語

大紅山銅礦箕斗豎井直流提升系統，投運后電控系統運行穩定，整流裝置產生的諧波電流與理論計算數據很接近，按照理論數據進行的諧波治理了方案，經過對諧波電流加11次、13次濾波電路裝置后，電壓總畸變率小于《電能質量 公用電網諧波》規定的3.2 %限值，滿足規定的使用要求。