基于移相變壓器的諧波控制技術(shù)在400英尺鉆井平臺的應(yīng)用

1、<p>　　基于移相變壓器的諧波控制技術(shù)在400英尺鉆井平臺的應(yīng)用</p><p>　　摘要：電力系統(tǒng)諧波是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素。如何有效的抑制諧波，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行是亟待解決的問題，本文介紹了諧波的產(chǎn)生和危害、多脈沖抑制電力系統(tǒng)諧波的原理及方法，并對400英尺海洋鉆井平臺采用移相變壓器的控制諧波的效果進(jìn)行了分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：諧波 變頻器 整流

2、 移相變壓器 24脈沖 </p><p>　　中圖分類號：TM344.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著海洋鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井裝備不斷更新，采用變頻器驅(qū)動的電動機(jī)系統(tǒng)被越來越多地應(yīng)用，對平臺電網(wǎng)提出的更高的要求，相比陸地電網(wǎng)，容量較小，產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)影響較大，移相變壓器在海洋鉆井的

3、應(yīng)用，把諧波控制在一個很低的范圍，起到了良好的效果。 </p><p><b>　　1 諧波的定義 </b></p><p>　　供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波實(shí)際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。 </p><p>　　

4、2 諧波的產(chǎn)生諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次諧波與奇次諧波。一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。因?yàn)樵谄胶獾娜嘞到y(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波經(jīng)過多次失真的波形相疊加后，已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。 </p><p>　　目前電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的主要來源有三個方面：發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生諧波，輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波，用電設(shè)備產(chǎn)生諧波。 發(fā)電機(jī)由于三相繞組和鐵心

5、等原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，含有奇次諧波。 晶閘管整流設(shè)備。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。變頻裝置。由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，隨著功率越來越大，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。 </p><p>　　3 諧波的危害 電網(wǎng)諧波造

6、成電網(wǎng)污染，正弦電壓波形畸變，使電力系統(tǒng)的發(fā)供用電設(shè)備出現(xiàn)許多異?，F(xiàn)象和故障。諧波的危害電力系統(tǒng)中諧波的危害是多方面的，主要體現(xiàn)在： 電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。電纜趨膚效應(yīng)加劇，對絕緣介質(zhì)有加速老化的危害，縮短電容器的使用壽命。 諧波減少變壓器的實(shí)際使用容量。還會導(dǎo)致變壓器噪聲增大 。會增加電動機(jī)的附加損耗，降低效率，電動機(jī)過熱，減少電動機(jī)的出力。會對配電用斷路器脫扣困難，斷路

7、器可能因諧波產(chǎn)生誤動作。 電力測量儀表中有磁電型和感應(yīng)型，它們受諧波的影響較大。導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。對于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、報警系統(tǒng)等弱電設(shè)備，電力系統(tǒng)中的諧波通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾。 </p><p>　　4諧波的抑制4.1 多相制的移相角 </p><p>　　多相制的形成是與整流的脈沖數(shù)、機(jī)組的臺數(shù)N有關(guān)。 </p><p>　

8、　如果每組整流脈波數(shù)為P，則有彼此間的相移角 。 </p><p>　　4.2多相脈沖整流抑制諧波原理 </p><p>　　采取多相脈沖整流是降低諧波最基本的一種方法。在正常對稱情況下, 換流裝置產(chǎn)生的諧波電流次數(shù)為：n = mp ± 1 (1) </p><p>　　式中m 是從 1開始的任意正整數(shù)，p 指換流裝置的脈沖數(shù) </p>&l

9、t;p>　　各次諧波電流的有效值為： (2) </p><p>　　式中Kn指諧波系數(shù) </p><p>　　I1 指基波電流有效值 </p><p>　　一般K n ≤ 1 /n,因此,得In ≤ (3) </p><p>　　由式（1）（2）（3）和圖 4.1可知, 脈沖數(shù)愈多,諧波電流的次數(shù)愈高,即不產(chǎn)生較低次諧波。同時, 由于諧

10、波電流與諧波次數(shù)成反比,故諧波次數(shù)愈高, 諧波電流值愈小?？梢? 增加脈沖數(shù),可消除較低次諧波,減少產(chǎn)生的諧波電流。 </p><p>　　5 移相變壓器諧波抑制分析 </p><p>　　5.1移相變壓器進(jìn)行諧波治理的理論根據(jù) </p><p>　　基波和諧波電流差模移相折算疊加的增益是不同的，這種不同性就是利用移相變壓器進(jìn)行諧波治理的理論根據(jù)。在大功率整流場合，

11、常采用移相變壓器使輸入多重化，系統(tǒng)的輸入電流諧波成份大幅減小，且輸入電流的基波因數(shù)增大，進(jìn)而達(dá)到提高系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)的目的。 </p><p>　　5.2 24脈波整流特性分析 </p><p>　　對于大功率整流設(shè)備來說，可以采用移相繞組進(jìn)行移相，400英尺鉆井平臺移相變壓器移相繞組設(shè)置在整流變壓器的一次側(cè)。一次側(cè)繞組以三角形聯(lián)結(jié)。當(dāng)一次側(cè)繞組為三角形接法時, 則應(yīng)接成外延三角形聯(lián)結(jié)。

12、外延三角±7. 5 °合成角差 15 °，組成360°/ 15 °= 24 脈波的整流線路。 </p><p>　　6 400英尺鉆井平臺移相變壓器介紹 </p><p>　　6.1鉆井移相變壓器主要參數(shù) </p><p>　　額定容量：5000kVA </p><p>　　額定電壓：690V

13、 </p><p>　　額定副邊電壓/第三邊電壓：710 V / 710 V </p><p>　　額定原邊電流：4184 A </p><p>　　額定副邊/第三邊電流：2033 A / 2033 A </p><p>　　6.2鉆井移相變壓器容量選擇 </p><p>　　設(shè)置兩臺鉆井移相變壓器，每臺容量為5000

14、kVA。 </p><p>　　根據(jù)對400 英尺鉆井平臺負(fù)荷分析，在重載鉆井模式整個最大負(fù)載消耗為 3891.8kW,不超過4864.8VA，因此，每個變壓器容量為 5000kVA,它超過在電力負(fù)荷計算中所需負(fù)荷，還有足夠的余量。 </p><p>　　6.3鉆井移相變壓器接線方式及相量描述 </p><p>　　1、2號鉆井移相變壓器接線方式及相量描述見圖6.1

15、、圖6.2。 </p><p>　　圖6.11#移相變壓器接線方式及相量描述 </p><p>　　圖6.22#移相變壓器接線方式及相量描述 </p><p>　　6.4準(zhǔn)24脈沖VFD單線圖 </p><p>　　準(zhǔn)24脈沖VFD單線圖見如下圖6.3。 </p><p>　　圖6.3準(zhǔn)24脈沖VFD單線圖 </

16、p><p>　　7 400英尺鉆井平臺電力系統(tǒng)諧波分析 </p><p>　　7.1諧波分析目的 </p><p>　　采用兩臺移相變壓器構(gòu)成24脈沖整流解決方案后，諧波含量是否滿足400英尺鉆井平臺的電力系統(tǒng)要求。 </p><p>　　7.2諧波分析方案 </p><p>　?。?）在重載鉆井模式下，總負(fù)荷7080.5

17、8kw。 </p><p>　?。?）在正常鉆井模式下，總負(fù)荷5835.91kw。 </p><p>　?。?）最壞的一種情況，一個鉆井移相變壓器在維護(hù)保養(yǎng)，僅一邊的VFD在工作，鉆井VFD將提供12相脈沖的電輸送到電力網(wǎng)。總負(fù)荷5515.98kw。 </p><p><b>　　7.3仿真數(shù)據(jù) </b></p><p>

18、;　　諧波分析的仿真數(shù)據(jù)見下表： </p><p>　　表7.1諧波分析仿真數(shù)據(jù) </p><p>　　7.4諧波分析結(jié)果 </p><p>　　7.4.1重載鉆井模式 </p><p>　　由以上可知，重載負(fù)荷模式下，690V電力線上諧波為4.56%。 </p><p>　　由以上可知，重載負(fù)荷模式下，480V電力線

19、上諧波為3.71%。 </p><p>　　7.4.2正常鉆井模式 </p><p>　　由以上可知，正常鉆井模式下，690V電力線上諧波為3.04%。 </p><p>　　由以上可知，正常鉆井模式下，480V電力線上諧波為2.47%。 </p><p>　　7.4.3最壞的情況 </p><p>　　由以上可知，最

20、壞的情況下，690V電力線上諧波為2.53%。 </p><p>　　由以上可知，最壞的情況下，480V電力線上諧波為2.06%。 </p><p><b>　　8 結(jié)論 </b></p><p>　　三種鉆井工況下，沒有一個諧波水平高于5%。通過結(jié)果可以看出，24脈沖相比12脈沖整流裝置的諧波含量降低了44-56%左右。通過準(zhǔn)24脈沖移相變壓

21、輸出電壓穩(wěn)定，大大降低了輸入電流中諧波含量，使波形質(zhì)量得到了很好的改善，移相變壓器對400英尺鉆井平臺電網(wǎng)進(jìn)行諧波抑制的方法可行。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]陽若寧.諧波的產(chǎn)生，危害與抑制[J].工程設(shè)計與研究2003.12(2):23一25. </p><p>　　[2]Nikolaus P.

22、Schiblietal. A Three-Phase MultilevelConverter for High-Power Induction Motors[J].APEC’98 Electronics Specialists Conference, 1998, 1(1):978-985 </p><p>　　[3]武光顏,張秀梅.變頻器用多脈波整流變壓器的移相[J],2006-11-20 </p>