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特种陶瓷中频加热谐波治理补偿


用户基本情况


  山东某陶瓷企业主要生产各种规格复合导电陶瓷蒸发舟(坩埚)产品,企业生产设备有200KW中频炉9套,使用2000KVA(10KV/0.4KV)专业变压器供电,供电系统图如下:

供电系统

实际运行数据


  2000KVA变压器所带中频炉大功率1800KVA,平均功率因数为PF=0.83,工作电流2700A,每月都有10000左右的无功罚款,且生产线经常出现控制异常情况,影响生产。


电力系统情况分析


  中频电炉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,应选用具有滤除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。

●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、谐波治理,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、11次550HZ高次谐波。故在设计中频炉滤波无功补偿时要针对250HZ、350HZ及550HZ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


   2000KVA变压器对应的中频炉综合功率因数从0.83补偿到0.95以上,有效滤除5次、7次、11次及以上高次谐波,滤波补偿装置需要安装容量为1360KVar,分9组容量进行自动投切,对应中频炉整流电源进行滤波补偿,满足中频炉谐波滤除及无功补偿的设计要求。

    以上设计充分保证了谐波治理符合国标GB/T 14549-93标准,调节中频炉功率因数在0.95以上。

如下图:

中频炉综合功率 


安装滤波补偿后效应分析


  2010年3月中频炉滤波无功补偿装置安装投运,装置自动跟踪中频炉负荷变化情况,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


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


   2000KVA变压器对应的中频炉综合功率因数0.97以上,5次谐波自540A降到108A,7次谐波自280A降到58A,11次谐波自172A降到36A,变压器使用电流从2700A降为2260A,降幅为16%。 

  补偿后功率损耗减少值为WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=24×{(0.83×2000)/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*10*30*12*0.7=40320元(按每天工作10小时,每月30天,全年12个月,每度电0.7元钱);谐波符合国家公用电网14549-93标准,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*3600*0.7*0.02≈10万元,即全年节约电费10+4=14(万元)。


功率因数情况


  企业当月综合功率因数达到0.95,月无功利率调整电费由罚款变为奖励3120元左右,且以后每月功率因数都保持在0.97-0.98,每月都奖励3000-4000元不等。


结论


  综上所述中频炉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,解决了企业长时间承受利率电费罚款的难题,增强了变压器的输出能力,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滤波无功补偿非常满意,并在以后给介绍了不少客户。


中频炉滤波无功补偿装置

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