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轧钢厂(热轧)


用户基本情况


河北某轧钢企业主要生产规格为φ16mm~φ150mm热轧圆钢企业生产线动力部分均采用直流电机驱动,配有3150KVA变压器两台。供电系统图如下:供电系统图


实际运行数据


3150KVA变压器所带直流电机最大功率3000KVA,平均功率因数为PF=0.75,工作电流2650A,谐波以5次、7次为主,电流畸变率为19.5%。


电力系统情况分析


直流电机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。

因此,直流电机的补偿应选用具有滤除谐波功能的滤波无功补偿装置来补偿无功功率提高功率因数,免受无功罚款,消除电网谐波,降低变压器损耗,增加变压器的输出能力。


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,中频炉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,我公司针对直流电机滤波无功补偿设计了整套方案,综合考虑负荷功率因数、谐波抑制,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抑制,补偿无功功率提高功率因数。

直流电机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,即产生5次250HZ、7次350HZ及以上高次谐波。故在设计直流电机滤波无功补偿时要针对250HZ、350HZ及以上频率设计,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


   3150KVA变压器对应的直流电机生产线综合功率因数从0.72补偿到0.95以上,有效滤除5次、7次及以上高次谐波,滤波补偿装置需要安装容量为2100KVar,分6组容量进行自动投切,分别对应变压器低压侧的绕组进行补偿,分级调节容量为95KVAR,能够适应生产线的各种功率要求;满足直流电机谐波滤除及无功补偿的设计要求。

安装滤波补偿后效应分析


安装滤波补偿后效应分析


2011年4月直流电机滤波无功补偿装置安装投运,装置自动跟踪直流电机负荷变化情况,事实滤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

负载波形图

滤波补偿装置投入后功率 

滤波补偿装置投入后功率因数变化曲线图0.98左右(凸起部分为切除滤波补偿装置时功率因数0.7左右)


负载运行情况


3150KVA变压器功率因数在0.95以上,5次谐波自510A降到102A,7次谐波自300A降到60A,综合使用电流从2650A降为2050A,降幅为23%。补偿后功率损耗减少值为WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=35×{(0.72×3150)/3150}2×0.66≈33(kw·h)式中Pd为变压器短路损耗,为35KW,年节省电费开支33*20*30*10*0.7*2=28万元(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=4300*6000*0.7*0.03≈36万元,即全年节约电费28+36=64(万元)。


功率因数情况


企业当月综合功率因数从0.72提高到0.95以上,且以后每月功率因数都保持在0.96-0.98,每月奖励10000-15000元不等。


结论


综上所述直流电机滤波无功补偿装置具有很好的抑制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,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直流电机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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