煤矿变频技术设施的谐波干扰与抑制措施.pdf

收稿日期 2007 - 08 - 07 作者简介潮兴淮1956 - ,男,副教授,淮北煤矿职工大学煤矿机电专业,合肥工业大学机电工程专业。从事机电教学、 研究工作。 煤矿变频技术设施的谐波干扰与抑制措施 潮兴淮 1 ,黄儒林 2 1. 淮北职业技术学院机电系,安徽 淮北235054; 2.淮北矿业集团公司朔里煤矿,安徽 淮北235054 摘 要 浅析变频控制技术中变频器产生谐波的原因、 抑制谐波干扰的方法,以及消除煤矿变频绞车产生谐波干扰 的具体实例和措施。 关键词 谐波干扰 变频器 煤矿实例 中图分类号 TD61 文献标识码 B 文章编号 1005 - 76762007 03 - 0044 - 02 Harmon ic Interfere and Restra intsM easure of Frequency Conversion Facility in CoalM ine CAO Xin2huai, HUANG Lu2lin 1. Mechanical and ElectricalDepartment of HuaibeiVocational and Technical institute; 2. Shuoli CoalMining of HuaibeiMining Industry Company Abstract This paper analyzed the reasons of harmonic which ismade by transducer、the restraintss and specific ex2 ample in frequency conversion winch of coalmine. Key words harmonic interfere; transducer; example in coalmine 随着变频控制技术的不断发展与应用,煤矿许多 用电设备也都逐步配备了变频控制技术设施。正因 为变频控制技术在用电设备上应用具有较好的节电 效果和便于控制、 操作的技术手段,所以倍受人们的 青睐。然而,它也存在一些弊端,就是谐波干扰。在 煤矿,地面主副井绞车、 锅炉鼓引风、 水泵等系统,现 在多数都使用了变频控制技术;特别是井下的轨道绞 车、 主运输皮带机、 采煤机组等设备,使用上变频控制 技术以后,谐波干扰问题不解决好,它就会严重影响 和干扰其它系统的正常运行。最典型的事例,如干扰 瓦斯监控设备,使得传感器传出的瓦斯和其它有害气 体浓度为假值,直接威胁矿井的安全生产。因此,防 护变频器产生的谐波干扰尤为重要。 变频器在工作的过程中,要进行大功率二极管整 流、 大功率晶体管逆变,结果是在输入输出回路中产 生电流高次谐波,势必干扰供电系统、 负载及其邻近 的电气设备。 1 变频器谐波产生的原因 变频器的主电路一般都是“ 交 直 交 ” 设置, 外部输入电源为380 V /50Hz,经过三相桥路不可控 整流之后成直流电压信号,再经滤波电容滤波为频率 可变的交流信号。在整流电路里,输入电流的波形为 不规则的矩形波,波形按傅立叶级数分解为基波和各 次谐波,其中的高次谐波将干扰输入供电线路。在逆 变输出回路中,输出电流信号是受PWM载波信号调 制的脉冲波形,对于GTR大功率逆变元件,其PWM 的载波频率为2 KHz～3 KHz。而IGBT大功率逆变 元件的PWM最高载频可达15KHz。同样,输出回路 电流信号也可分解为只含有正弦波的基波和其它各 次谐波,而高次谐波电流对负载直接形成干扰。此 外,高次谐波电流还通过电缆向空间进行辐射,也会 44江西能源 2007 3 开发应用 干扰着其他邻近的电气设施。 2 抑制谐波干扰的方法 大家知道,谐波的传播途径主要是传导和辐射。 要解决传导干扰,主要是在电路中把传导的高频电流 滤掉或隔离;解决辐射干扰的办法是对辐射源或被干 扰的线路进行屏蔽。常用的方法有以下5点 1 使 变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独 立,或者在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离 变压器,切断谐波电流; 2可在变频器的输入侧与 输出侧串接合适的电抗器,或安装谐波滤波器。滤波 器的组成必须是LC型,以便吸收谐波和增大电源或 负载的阻抗,达到抑制谐波的最终目的 ; 3 电动机 和逆变器之间的电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆,并 与其他弱电信号使用不同的电缆沟分别敷设,以避免 辐射干扰 ; 4 信号线采用屏蔽线,且布线时与变频 器主回路控制线错开一定距离一般至少20 cm以 上 , 切断辐射干扰 ; 5 变频器使用专用接地线,且 用粗短线进行接地。对于其他邻近的电气设备接地 线,必须与变频器配线分开,也使用短线。这样以来 就能有效地抑制电流谐波对邻近电气设备造成的辐 射干扰。 3 抑制谐波措施的应用 某单位机泵靠自耦降压启动,后改造为了变频控 制系统,实现了调频减速功能,起到了较好的节电效 果。但是,在变频器输出端到电动机之间的输出线却 严重发热,电动机外壳温升加重,经常出现保护跳闸。 经过检查,这是由于变频器输出电压和电流信号中包 含了PWM高次谐波的缘故。而谐波电流在输出导 线和电动机绕线上形成附加功率损耗。解决办法是 把变频器输入线与输出线分开,分别走各自的电缆 沟,选用大一号截面的电缆,替代原来的电缆。输出 端与电动机之间的电缆长度尽量缩短。采取这些措 施处理之后,发热故障被排除,对现场出现的各种变 频器高次谐波干扰也基本上都得到了抑制。但对谐 波成分及幅度要求很严格的设备来讲,要想彻底抑制 这种高次谐波干扰就非常困难。 2005年12月份,朔里矿井下南二轨道绞车由原 SQ - 3型水阻调速,更换成了PJT - 30型变频调速。 在绞车安装调试运行期间,南二S528机巷迎头传感 器监测显示数据正常,分站及地面监测中心机房就多 次出现“ 冒大数 ” 现象,显示瓦斯“ 超限 ” 数值达2. 5 以上。开始还以为瓦斯真的超限了,细查发现是绞车 变频系统产生的谐波干扰。出现这样的变频干扰,若 不及时处理,显然会给煤矿井下的安全生产管理造成 严重影响,同时也失去了瓦斯实时监控的意义了。 KJ66型监控系统瓦斯传感器的传输信号为频率 型 200 ～1 000 Hz ,对应瓦斯浓度值为0～4. 0。 高次谐波污染源通过电源和其它路径辐射到瓦斯传 感器的传输线路上,使得瓦斯传感器的传输线路中带 有两个以上的频率信号。当两个或两个以上的频率 在线路中的多频传输时,在它们之间产生几百至几千 赫兹的低频差拍。低频差拍达到一定的能量时就会 对瓦斯传感器传输线路造成干扰,使传感器线路传输 的频率幅度增高造成瓦斯超限的假值。经实地测试, 当绞车运行时在变电所及掘进迎头电源线路中其干 扰频率在6. 8 KHz～20 KHz以上。绞车提升负荷较 大和全速运行时,在传感器传输信号的线路中有最大 780 Hz的干扰频绿率,以至造成出现对应瓦斯2. 9 CH4假值。 采取如下综合措施后,消除了谐波干扰变频绞 车采用专用干式变压器供电,解决电网污染问题;变 频绞车的供电线路采用屏蔽线电缆,解决电源线频率 信号辐射问题;将监控线路敷设由轨道上山改为人行 上山,减少传输系统的干扰;建立专门监控分站峒室, 并在监控分站的电源进线侧串入一台隔离变压器,阻 断电网对分站的干扰;工作面的瓦斯传感器传输线 缆,远离动力及其他信号线缆大于500 mm ;将频 率型传感器改为电流型传感器以减少干扰频率的影 响。 54开发应用 江西能源 2007 3