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钢棒线谐波治理补偿装置


用户基本情况


  天津某五金建材金属制品企业主要生产经营PC钢棒、端头板、镀锌丝、改拔丝、30MnSi等产品,企业拥有4条先进生产线,生产线采用中频加热及变频驱动电机,现有2000KVA两台(并联使用)。供电系统图如下:

供电系统图


实际运行数据


  2000KVA变压器所带中频炉、变频器大功率1500KVA,实际功率因数为PF=0.82,工作电流2250A,谐波主要以5次、7次为主,电流总畸变率为23.6%。


电力系统情况分析


  中频炉、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。

  因此,应选用具有滤除谐波功能的滤波无功补偿装置对谐波滤波,对无功功率进行补偿,提高功率因素。


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。

●在0.4KV系统运行方式下,滤波补偿设备投运后,中频炉、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


设计思路


    根据企业实际情况,我公司针对中频炉、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。

  中频炉、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。故在设计中频炉、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




   每套2000KVA变压器对应的中频炉、变频器综合功率因数从0.8补偿到0.95以上,5次谐波自420A降到86A,7次谐波自230A降到46A,滤波补偿装置需要安装容量为1060KVar,分6组容量进行自动投切,对应中频炉、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,满足中频炉、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,调节中频炉、变频器功率因数在0.95以上。如下图:

中频炉、变频器功率


安装滤波补偿后效应分析


2010年6月中频炉、变频器滤波无功补偿装置安装投运,装置自动跟踪中频炉、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


滤波补偿前(电流)

滤波补偿后(电流)
滤波补偿前(电流)滤波补偿后(电流)
滤波补偿前(电压)滤波补偿后(电压)
滤波补偿前(电压)滤波补偿后(电压)

                                     


负载波形图


滤波补偿前(电流)

滤波补偿后(电流)
滤波补偿前(电流)滤波补偿后(电流)
滤波补偿前(电压)滤波补偿后(电压)
滤波补偿前(电压)滤波补偿后(电压)

 


功率因数曲线图


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



负载运行情况


  每套2000KVA变压器使用电流从2250A降为1860A,降幅为17%;补偿后功率损耗减少值为WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=24×{(0.85×2000)/2000}2×0.4≈16(kw·h)式中Pd为变压器短路损耗,为24KW,年节省电费开支16*20*30*10*0.7=6.7万元(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=2000*6000*0.7*0.02≈16.8万元,即全年节约电费(6.7+16.8)*2=47(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6000-10000元不等。


结论


  综上所述中频炉、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中频炉、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。


滤波无功补偿装置

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