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塑胶PVC喷涂布厂
用户基本情况

河北某塑胶制品企业主要生产户内、外广告灯箱布、喷绘布,PVC压延膜产品,企业生产设备有四条宽幅PVC压延膜生产线,一条篷布涂刮生产线,八条喷绘布贴合生产线和两条写真耗材生产线,动力部分均采用变频驱动电机及直流电机,有1000KVA两台、1250KVA变压器两台、800变压器两台、630KVA变压器1台,每台变压器低压侧都配有电容补偿柜。供电系统图如下:

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实际运行数据


1250KVA变压器所带变频器大功率1000KVA,平均功率因数为PF=0.85,工作电流1408A,1000KVA变压器所带变频器大功率850KVA,平均功率因数为PF=0.83,工作电流1200A,800KVA变压器所带变频器大功率700KVA,平均功率因数为PF=0.86,工作电流1000A。630KVA变压器所带变频器大功率570KVA,平均功率因数为PF=0.87,工作电流800A。各变压器下的无功补偿柜经常出现跳闸、电容器鼓肚漏油、控制器显示不准控制异常等现象,使综合功率因数只有0.84,每月都有3-5万左右的无功罚款。且生产线的电机及变频器时有发生损坏,影响生产。


电力系统情况分析


变频器整流电源主要负荷为6脉动整流,整流设备在工作中在把交流变为直流的同时产生大量的谐波,属典型谐波源;谐波电流注入电网,在电网阻抗上产生谐波电压,引起电网电压电流畸变,影响供电质量及运行安全,使线路损耗及电压偏移增加,对电网和工厂本身电气设备均会产生不良的影响。

可编过程控制器(PLC)对供电电压的谐波畸变很敏感,通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%,且个别谐波电压畸变率低于3%,较高的畸变量可导致控制设备误动作,进而造成生产或运行中断,导致较大的生产责任事故。

当无功补偿电容器组投入时,由于电容器组的谐波阻抗小,大量的谐波注入电容器组,使电容器电流迅速增大,严重影响其使用寿命,另一方面当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时,引起谐波电流严重放大(2-10倍)使电容器过热而损坏,同时,谐波使工频正弦波形发生畸变,产生锯齿状尖顶波,易在绝缘介质中引发局部放电,长时间的局部放电也会加速绝缘介质的老化,而容易导致电容器损坏。因此,电容无功补偿柜不能应用于变频器的补偿,应选用具有抑制谐波功能的滤波无功补偿装置。


滤波无功补偿治理方案



治理目标


滤波补偿装置设计满足国标GB/T 14549-93标准及无功功率的管理规定。

0.4KV系统运行方式下,滤波补偿设备投运后,变频器特征谐波得到有效滤除,谐波滤除率在70%以上,月平均功率因数0.95以上。

不因为投入滤波补偿支路而引起谐波的谐振或谐振过电压、过电流。


设计遵循标准


电能质量  公用电网谐波    GB/T14519-1993

电能质量  电压波动和闪变   GB12326-2000

低压无功功率补偿装置总技术条件 GB/T 15576-1995

低压无功就地补偿装置       JB/T 7115-1993

无功补偿技术条件;JB/T9663-1999《低压无功功率自动补偿控制器》

低压电气及电子设备发出的谐波电流限值   GB/T 17625.7-1998  

电工术语 电力电容器  GB/T 2900.16-1996

低压并联电容器     GB/T 3983.1-1989

电抗器            GB10229-88

电抗器          IEC 289-88

低压无功补偿控制器定货技术条件 DL/T597-1996

低压电器外壳防护等级  GB5013.1-1997

低压成套开关设备和控制设备  GB7251.1-1997


设计思路


根据企业实际情况,我公司针对变频器滤波无功补偿设计了整套方案,综合考虑负荷功率因数、谐波滤除,在企业变压器0.4KV低压侧安装一套滤波无功补偿装置对谐波进行滤除,补偿无功功率提高功率因数。

变频器工作过程中整流装置产生6K+1次谐波,采用傅立叶级数对电流进行分解变换,即特征谐波产生5次250HZ、7次350HZ高次谐波。故在设计变频器滤波无功补偿时要针对250HZ、350HZ频率设计,保证滤波补偿支路在有效滤除谐波的同时补偿无功功率,提高功率因数,使系统谐波符合国标GB/T 14549-93标准。


设计分配


   1250KVA变压器对应的变频器综合功率因数从0.8补偿到0.95以上,5次谐波自280A降到56A,7次谐波自160A降到32A,滤波补偿装置需要安装容量为636KVar,分6组容量进行自动投切,对应变频器整流电源进行滤波补偿,分为5次、7次及精补滤波补偿之路自动进行投切,满足变频器滤波及无功补偿的设计要求。此设计充分保证了谐波治理符合国标GB/T 14549-93标准,调节变频器功率因数在0.95以上。同上设计计算 1000KVA变压器安装容量为520KVAR,800KVA变压器安装容量为410KVAR,630KVA变压器安装容量为300KVAR.如下图:

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安装滤波补偿后效应分析


2010年10月变频器滤波无功补偿装置安装投运,装置自动跟踪变频器负荷变化情况,事实消除高次谐波补偿无功功率,提高功率因数。情况如下:

谐波频谱分布图

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负载波形图

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滤波补偿装置投入后功率因数变化曲线图0.97左右(凸起部分为切除滤波补偿装置时功率因数0.8左右)


负载运行情况


1250KVA变压器使用电流从1400A降为1150A,降幅为18%;1000KVA变压器使用电流从1200A降为960A,降幅为20%,800KVA变压器使用电流从1000A降为810A,降幅为19%,630KVA变压器使用电流从800A降为660A,降幅为17.5%。补偿后功率损耗减少值为WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=50×{(0.85×5000)/5000}2×0.4≈34(kw·h)式中Pd为变压器短路损耗,为50KW,年节省电费开支34*20*30*10*0.7=14万元(按每天工作20小时,每月30天,全年10个月,每度电0.7元钱);由于谐波降低节约的电费: 谐波电流对变压器产生的损耗主要为增加铁磁损耗和铜损,铁磁损耗与谐波电流频率的三次方有关,工程上一般取2%~5%,对于整流负荷,取2%,即:  WS=5000*6000*0.7*0.02≈42万元,即全年节约电费14+42=56(万元)。


功率因数情况


企业当月综合功率因数从0.8提高到0.95,且以后每月功率因数都保持在0.96-0.98,每月都多奖励10000-15000元不等。


结论


综上所述变频器滤波无功补偿装置具有很好的滤除谐波和补偿无功的能力,解决了企业无功罚款问题,增强了变压器的输出能力,优化了电能质量,使用电设备性能得到了提升,降低了有功附加损耗,提升了产量,为企业带来了显著的经济效益,用户投资不到一年就收回了投资。因此企业对我公司生产的变频器滤波无功补偿非常满意,并在以后给介绍了不少客户。


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