中頻爐無功補償和諧波治理方案

1、中頻爐無功補償和諧波治理方案廣東光達電氣有限公司專業(yè)為企業(yè)量身定制諧波治理方案，具有多年行業(yè)無功補償兼諧波治理經(jīng)驗，多項產(chǎn)品獲得國家專利。尤其在中頻爐諧波治理方面有獨到的見解。諧波分為三類，即零序、負序、和正序。零序的諧波如3次，6次，9次，12次，產(chǎn)生不變的磁場，使變壓器、用電負載、線纜等的磁性損耗大大的增高，特別是造成中性線（零線）過流（是正常電流的320倍），并轉(zhuǎn)化為高熱而損失電能或產(chǎn)生事故。負序的諧波如2次，5次，8次，11次，產(chǎn)生反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)動設(shè)備力矩下降，浪費動力而損失電能；正序的諧波如4次，7次，10次，13次，則產(chǎn)生間歇正向磁場，使轉(zhuǎn)動設(shè)備轉(zhuǎn)速不穩(wěn)并與負序分量一起，造

2、成設(shè)備的振動和抖動。諧波的存在使電力設(shè)備損耗增加、壽命縮短、絕緣老化、溫度升高。高次諧波的存在對通訊系統(tǒng)工程產(chǎn)生干擾。對自動化產(chǎn)生誤動作。加大計量誤差。影響設(shè)備正常運行。當(dāng)電網(wǎng)安裝有補償電容時，問題尤其嚴(yán)重。高次諧波可能因電容器組的配置而造成系統(tǒng)諧波放大，產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振。損壞供、用電設(shè)備，或者進入電容器組,造成電容器組過載而發(fā)生擊穿報廢。中頻電爐屬于典型諧波源，產(chǎn)生大量諧波，造成補償電容器無法正常投入運行，功率因數(shù)達不到供電要求的0.9以上。一、中頻電爐概述某鑄造公司主要設(shè)備為中頻電爐，中頻電爐屬于典型諧波源，產(chǎn)生大量諧波，造成補償電容器無法正常投入運行，功率因數(shù)達不到供電要求的0.9以上

3、，每月產(chǎn)生無功罰款1.2萬元左右，變壓器溫度在夏季達75度，造成電能浪費，壽命縮短。中頻電爐鑄造車間以0.66KV電壓供電，其主要負荷為6脈動整流中頻爐，整流設(shè)備在工作中在把交流變?yōu)橹绷鞯耐瑫r產(chǎn)生大量的諧波，屬典型諧波源；諧波電流注入電網(wǎng)，在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓，引起電網(wǎng)電壓電流畸變，影響供電質(zhì)量及運行安全，使線路損耗及電壓偏移增加，對電網(wǎng)和工廠本身電氣設(shè)備均會產(chǎn)生不良的影響。三相橋式全波整流電路將工頻50HZ整流成脈動的直流電，可以調(diào)節(jié)的直流電壓UD，來調(diào)節(jié)負載電流。LD為濾波電抗，是把工頻和中頻網(wǎng)絡(luò)隔開，并把直流電流濾成平化的波形。逆變電路是8只晶閘管組成單相橋式逆變電路，它將直流電流逆

4、變?yōu)榻涣髦蓄l電流，并將它送入負載。負載電路是爐圈與電熱電容組成并聯(lián)諧振。逆變電路的輸出頻率受負載電路振蕩頻率控制，工作在略高于負載振蕩頻率。并聯(lián)變頻電路對負載的適應(yīng)能力特別強，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種電路，主要是用作中頻熔煉和透熱的電源。特征諧波分析1）中頻爐的整流裝置為6脈動可控整流；2）整流裝置所產(chǎn)生的諧波為6K1次奇次諧波，采用傅立葉級數(shù)對電流進行分解變換，可知電流波形含有6K1次高次諧波，根據(jù)對中頻爐的測試數(shù)據(jù)，其諧波電流含有量見下表：6脈動橋式換流器諧波電流含有量：（INI1）諧波次數(shù)5，7，11，13，17，19，23，25諧波含量0.23，0.11，0.08，0.07，0.02，0

5、.01，0.007，0.006中頻爐在工作過程中，產(chǎn)生大量的諧波，針對中頻爐的測試及計算結(jié)果，特征諧波主要以5次為最大，7次，11次，13次諧波電流比較大，電壓電流畸變嚴(yán)重。二、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1、中頻爐參數(shù)：中頻爐由一臺變壓器獨立供電，容量為2噸，視在功率S2000KVA，有功功率為P1800KW，無功功率為Q1020KAR，功率因數(shù)為PF0.87，供電電壓U660V，工作電流I1750A。2、變壓器參數(shù)：變壓器型號為S112500KVA，電壓為10000V660V，額定電流為I2186A。3、實際運行參數(shù)：視在功率S700KVA2200KVA，有功功率為P600KW2000KW，無功功率為Q550

6、KAR1150KAR，功率因數(shù)為PF0.60.93，工作電流I430A1924A三、濾波補償裝置設(shè)計依據(jù)1、根據(jù)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GBT1451919932、根據(jù)電能質(zhì)量電壓波動和閃變GB1232620003、根據(jù)供電系統(tǒng)阻抗和相關(guān)參數(shù)4、根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果及仿真計算四、諧波治理方案1、諧波治理目標(biāo)根據(jù)企業(yè)實際情況，廣東光達電氣有限公司針對中頻爐諧波治理設(shè)計了整套濾波方案，綜合考慮負荷功率因數(shù)、諧波吸收需要和背景諧波，在企業(yè)變壓器2500KVA0.66KV低壓側(cè)安裝一套諧波濾波補償裝置ZMSFGD對諧波進行治理。濾波裝置諧波電流的設(shè)計滿足國標(biāo)GBT1454993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波的管理規(guī)定。

7、2、諧波治理方案確定由于中頻爐在工作過程中諧波較大，如5次諧波達到了基波電流的21.5，對電網(wǎng)、設(shè)備本身和其它用戶都造成了不同程度的影響。另外，考慮設(shè)備的功率因數(shù)特點，在設(shè)計時要做到諧波消除補償無功提高功率因數(shù)等。針對設(shè)備的特性本方案采用濾波兼無功補償?shù)姆绞?，它的主要作用：改善供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性；抑制諧波電流以減少諧波造成的危害。中頻爐工作過程可分為初加熱過程和正常工作過程，初加熱過程持續(xù)時間短，但高次諧波比較豐富，設(shè)計時要考慮各濾波支路不會對高次諧波放大，而在整個過程中正常工作占大部分時間，其中正常工作過程時電流大，諧波含量大。從測試數(shù)據(jù)看主要諧波成分是5次、7次、11次、13次其中以5次諧波

8、為最大，電壓畸變嚴(yán)重。綜上因素考慮濾波裝置設(shè)計5次、7次、11次三條LC濾波支路，吸收5、7、11次及以上次數(shù)的諧波。方案采用仿真法對各回路投入時是否產(chǎn)生非特征頻率的諧振進行分析，并最終確定回路的參數(shù)。3、技術(shù)特點在0.66KV系統(tǒng)運行方式下，濾波設(shè)備投運后，濾波器吸收點處某次諧波的幅值及含有量都有大幅度下降，功率因數(shù)0.95以上。不因為投入濾波裝置而引起某次諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。針對用戶系統(tǒng)諧波無功專門設(shè)計制造，消除特性諧波補償無功功率，濾波效果明顯。對于5、7、11次諧波電流吸收率達到75以上，諧波滿足GBT1454993要求。根據(jù)諧波源的特性設(shè)定濾波器的投切方式和控制策略。檢測

9、系統(tǒng)情況，按照負荷的無功電流、諧波電流進行實現(xiàn)跟蹤。使受電功率因數(shù)提高到0.95以上，降低配電網(wǎng)的線損、增加配電變壓器的承載效率。補償過程中電網(wǎng)電壓波動滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB1232690要求，即：滿負荷到輕負荷補償變化引起的一次側(cè)電壓波動2.5。裝置保護措施：過電壓保護、過電流保護、欠電壓保護、接地保護、過熱保護。系統(tǒng)不產(chǎn)生無線電（射頻）電磁干擾。運行方式：全自動，連續(xù)工作。六、濾波效果1、濾波補償裝置ZMSFGD投入運行，自動跟蹤中頻爐的各種負載設(shè)備變化，使各次諧波得到有效濾除。2、未治理前電壓總畸變率（THD）嚴(yán)重超出國標(biāo)5的限值要求。經(jīng)治理，電壓總畸變率（THD）從原來的15.6，降止3.4

10、，各次諧波都符合國標(biāo)GBT1454993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)要求。3、經(jīng)治理諧波電流都得到有效改善，未投入5、7、11次的諧波電流都嚴(yán)重超標(biāo)，投入后超標(biāo)的各次諧波電流吸收率都大于80以上，符合設(shè)備設(shè)計要求。如5次諧波電流從356A，降止35A左右；7次諧波電流從182A，降止30A左右，11次諧波電流從119A，降止18A左右，注入公共點的各次諧波電流均符合國標(biāo)GBT1454993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波要求。4、濾波補償裝置ZMSFGD投入后系統(tǒng)的功率因數(shù)得到大幅提高，供電系統(tǒng)0.66KV側(cè)從原來的0.87左右提到0.95以上，有功功率、視在功率、無功功率都得到節(jié)省，有效降低用電設(shè)備和供電線路的損耗。5、諧波治理后變壓器溫度由原來的75度降低到50度，節(jié)省了大量電能，變壓器使用壽命延長