电网谐波抑制在玻璃行业的应用

时间：2020-03-31 05:19:11 来源：千叶帆本文已影响人

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摘要：电网谐波的问题在玻璃行业中日益突出。文章首先讲述了谐波的产生、危害，接着又分析了谐波检测方法，最后介绍了谐波抑制方法。

关键词：玻璃行业；电网运行；谐波抑制；谐波检测；玻璃生产文献标识码：A

中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2015）23-0043-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.023

随着经济的发展，对玻璃的需求日益增加。生产平板玻璃的工艺路线日益复杂。生产过程中对可控硅电力系统装置要求越来越精密。无论是体积方面，还是使用效率方面，要求都非常高。可控硅电力元器件在实际使用中会产生电网谐波。由于电网谐波的产生使得在生产玻璃的过程中电能利用率不高、对电力系统带来危害、给制造加工玻璃电器设备安全带来危险、给人们的安全带来威胁，因而应该对其加以预防。

1 谐波分析

1.1 谐波的定义

采用傅立叶级数方法对周期性非正弦波形电量进行分解，最终得到两种类型分量：第一种分量是基波f（频率）相同；第二种分量是分量频率大于基波频率。第二种类型被称为谐波。在实际中谐波次数计算方法为：

当电网中出现非整数倍谐波时，该谐波被称为非谐波。在电网中由于谐波的出现使得电网被“污染”。

1.2 玻璃生产中谐波的产生

谐波主要是由电源质量、电力系统输出过程以及用电设备产生。在实际中，电源质量问题产生谐波的主要原因是电能是由发电机产生的。在发电机系统中是由三相组构成，在制造过程中由于误差等其他因素使得三相不能做到理论对称。由于制造工艺，使得铁心不能完全均匀一致，最终导致电源产生谐波。玻璃行业中谐波的危害主要表现在对生产玻璃的电器设备和电力电缆产生破坏。在浮法生产玻璃中，主要用到的电力设备是玻璃熔窑、锡槽。玻璃熔窑主要是由原料控制系统、温控系统和气体保护系统组成，这一过程主要是由DCS进行控制管理。浮法工艺耗电量大，但是谐波以及无功功率产生数量少。玻璃纤维生产工艺的主要电力设备有大量玻璃抽丝机、大量玻璃织布机、生产玻璃球的玻璃熔窑以及锡槽。在玻璃纤维生产中将会产生大量谐波和无功功率。在钢化玻璃生产中主要用到的电力设备是电炉，该生产线中将会产生大量谐波以及无功功率。玻璃生产过程中大量使用了变频设备、可控硅调节功率设备、照明灯和UPS不间断电源、变压器、锡槽加热控制设备等。在浮法生产线中，锡槽加热主要有两种方法：第一种是可控硅交流调压调功方法；第二种是磁性调压供电。可控硅调节是电压、电流波形，不是正弦波形，从而产生高次谐波。在玻璃熔炼系统中谐波的产生主要有两种：第一种是含有大量非线性元器件半导体设备；第二种是含有感性负载以及非线性的电力设备。玻璃生产中谐波次数与电路形成有着必然关系，被称为电路特征谐波。在对称三相交流电路中，特征谐波次数计算方法为：N=Kp±1，K=1、2、3……（正整数），p表示一个周期内电网脉冲触发次数。在玻璃行业中最有意义的特性谐波数目是5、7、11、13次。当电网中出现多个谐波时，谐波量总和小于每一个谐波分量的算术和。当电网中的多个谐波源中的同次谐波电流在唯一的线路上叠加在已知相角情况下结果为：

目前玻璃行业中三相配电变压器主要采用Dyn11接线使得3次谐波不能进入电网中。当各相中粗线电流不均匀时将出现3次剩余谐波量流入电网中。

1.3 玻璃行业谐波的危害

谐波在玻璃行业中的危害主要表现在对供电电力设备和电缆的危害。具体表现在：

1.3.1 对变压器的损害，由于谐波的产生，使得谐波电流增加铜损耗以及杂散损耗，谐波电压会增加铁的损耗，使得电阻增大，最终导致变压器发热，由于绝缘层长期处于加热状态，很容易使绝缘层被氧化，由于谐波的产出，变压器噪音会加大对环境产生噪音污染。

1.3.2 基波频率以及谐波电流发生变化时对机械振动也有影响，当电气励磁频率与机械振动频率相近时系统容易发生共振，最终使得电机损坏。

1.3.3 谐波会降低系统的功率因素，从而将谐波电流作为有功电流，最终造成增加用户的电费。

1.3.4 谐波能够影响电子设备等，较高的谐波容易造成控制系统不能正常运行，最终影响到玻璃生产。在玻璃行业中，补偿功率因数的主要方法是采用并联电力电容器。然而在实际中由于电感与电力电容器的组合将产生谐波，并联电容器中的容抗与谐波次数关系成反比关系，随着谐波次数增大容抗减小，最终影响电容器的寿命。

1.3.5 由于电缆的集肤效应使得电缆不断被损害，很容易造成电缆发热，最终影响电缆的寿命。

在玻璃行业中存在大型电熔炉谐波源，电力设备产生谐波污染将对配电系统中的供电质量带来极大危害，比如电压和电流波形畸形、功率因素变低、电压波动大、各种用电设备出现发热影响设备寿命、电网容量下降同时设备利用率降低、运行成本加大，因此必须高度重视玻璃行业中谐波的治理，采用多种技术对谐波进行抑制和解决。

2 谐波治理方法

当谐波流入电网后，使得供电质量差、对玻璃行业中的用电设备构成威胁、危害电网安全，对控制系统正常运行构成威胁。对于玻璃行业中谐波的抑制主要是通过以下四种方法解决：

第一，对谐波进行监控测量，找到产生谐波的根源。目前关于谐波检测方法主要有快速傅立叶变换法、小波变换法、基于傅立叶变换的频域分析方法、模拟滤波法、瞬时无功功率法、神经网络法、小波变换法以及广义d-q旋转坐标变换法等。

第二，需要对无功功率进行补偿，在玻璃生产中采用电熔技术该技术是在高温下通过交变电场作用促使玻璃中碱金属离子做复杂的运动从而产生焦耳热，所以当电极馈入电能后，对于设备变压器，炉体中的玻璃是成感性负载，使得功率因素变低需要进行补充。文献中对电熔炉无功谐波进行分析改进得到检验公式为：

式中：Uci表示电容器承受基波电压值；Ucn表示电容器额定电压；Uch表示电容器上h次谐波电压；Ici表示基波电流；Ich表示流过电容器的h次谐波电流；Icn表示电容器的额定电流。为了保证滤波器以及电力系统能够长期安全稳定运行，在滤波器中添加了熔断保护。在二次继电器保护中添加了欠电压保护、过电流速断保护、过电压保护以及过电流保护。通常玻璃工厂中的谐波没有达到国家标准下做无功补偿，需要考虑谐波电流在某个谐波频率下出现谐振的情况，防止谐波电流加大，从而损害电容器以及对电网安全构成威胁。

第三，在锡槽加热设备以及电力调整设备中需要使用有效保护措施使谐波尽可能消除。在玻璃厂中电加热元件控制调节设备主要采用可控硅电力调节以及磁性调压器。

第四，滤波器的使用，文中指出了采用芬兰NOKIA公司成产的谐波过滤装置应用到玻璃厂中，玻璃厂中自备电力系统功率因数以及电容补偿各项参数指标均达到国标要求。系统功率因素达到94%以上，同时系统总畸变率小于2.8%。

3 结语

在玻璃行业正往节能、环保高效发展时，电网谐波抑制技术将得到应用和发展。随着人们对谐波的深入研究，新的谐波抑制技术将不断出现。

参考文献

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作者简介：吕昊（1987-），男，安徽芜湖人，供职于芜湖东旭光电科技有限公司，研究方向：动力能源领域等。