某汽配廠中頻電爐諧波治理實(shí)例
2016/10/11 15:25:45
某汽配零件鑄造公司主要設(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(bǔ)償電容器無法正常投入運(yùn)行，功率因數(shù)達(dá)不到供電要求的0.9以上，每月產(chǎn)生無功罰款1.2萬元左右，變壓器溫度在夏季達(dá)75度，造成電能浪費(fèi)，壽命縮短。
一、中頻電爐概述
中頻電爐鑄造車間以0.66KV電壓供電，其主要負(fù)荷為6脈動(dòng)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(shí)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(yùn)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(huì)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(dòng)的直流電，可以調(diào)節(jié)的直流電壓UD，來調(diào)節(jié)負(fù)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，它將直流電流逆變?yōu)榻涣髦蓄l電流，并將它送入負(fù)載。負(fù)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(fù)載電路振蕩頻率控制，工作在略高于負(fù)載振蕩頻率。
并聯(lián)變頻電路對負(fù)載的適應(yīng)能力特別強(qiáng)，是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的一種電路，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(dòng)可控整流；
2）整流裝置所產(chǎn)生的諧波為6K＋1次奇次諧波，采用傅立葉級(jí)數(shù)對電流進(jìn)行分解變換，可知電流波形含有6K±1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(dòng)橋式換流器諧波電流含有量：（IN／I1）
諧波次數(shù)5，7，11，13，17，19，23，25
諧波含量0.23，0.11，0.08，0.07，0.02，0.01，0.007，0.006
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(jì)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(tái)變壓器獨(dú)立供電，容量為2噸，視在功率S＝2000KVA，有功功率為P＝1800KW，無功功率為Q＝1020KAR，功率因數(shù)為PF＝0.87，供電電壓U＝660V，工作電流I＝1750A。
2、變壓器參數(shù)：變壓器型號(hào)為S11－2500KVA，電壓為10000V／660V，額定電流為I＝2186A。
3、實(shí)際運(yùn)行參數(shù)：視在功率S＝700KVA－2200KVA，有功功率為P＝600KW－2000KW，無功功率為Q＝550KAR－1150KAR，功率因數(shù)為PF＝0.6－0.93，工作電流I＝430A－1924A
三、濾波補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)依據(jù)
1、根據(jù)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB／T14519－1993
2、根據(jù)電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變GB12326－2000
3、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(jì)算
四、諧波治理方案
1、諧波治理目標(biāo)
根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，廈門冠歐電氣有限公司針對中頻爐諧波治理設(shè)計(jì)了整套濾波方案，綜合考慮負(fù)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GOLC中頻爐專用濾波補(bǔ)償裝置對諧波進(jìn)行治理。
濾波裝置諧波電流的設(shè)計(jì)滿足國標(biāo)GB／T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的管理規(guī)定。
在0.66KV系統(tǒng)運(yùn)行方式下，濾波設(shè)備投運(yùn)后，濾波器吸收點(diǎn)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?yàn)橥度霝V波裝置而引起某次諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。
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(dá)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(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)要做到諧波消除補(bǔ)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(bǔ)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(shí)間短，但高次諧波比較豐富，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮各濾波支路不會(huì)對高次諧波放大，而在整個(gè)過程中正常工作占大部分時(shí)間，其中正常工作過程時(shí)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次諧波為最大，電壓畸變嚴(yán)重。綜上因素考慮濾波裝置設(shè)計(jì)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(shí)是否產(chǎn)生非特征頻率的諧振進(jìn)行分析，并最終確定回路的參數(shù)。
3、技術(shù)特點(diǎn)
針對用戶系統(tǒng)諧波無功專門設(shè)計(jì)制造，消除特性諧波補(bǔ)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(dá)到75％以上，諧波滿足GB／T14549－93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。
檢測系統(tǒng)情況，按照負(fù)荷的無功電流、諧波電流進(jìn)行實(shí)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。
L補(bǔ)償過程中電網(wǎng)電壓波動(dòng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB／12326－90要求，即：滿負(fù)荷到輕負(fù)荷補(bǔ)償變化引起的一次側(cè)電壓波動(dòng)≤2.5％。
裝置保護(hù)措施：過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、接地保護(hù)、過熱保護(hù)。
系統(tǒng)不產(chǎn)生無線電（射頻）電磁干擾。
運(yùn)行方式：全自動(dòng)，連續(xù)工作。
五、諧波治理效果
六、結(jié)論
1、GOLC中頻爐專用濾波補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行，自動(dòng)跟蹤中頻爐的各種負(fù)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％，各次諧波都符合國標(biāo)GB／T14549－93《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(jì)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(diǎn)的各次諧波電流均符合國標(biāo)GB／T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求。
4、GOLC中頻爐專用濾波補(bǔ)償裝置投入后系統(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。
6、通過治后有效改善了中頻爐的供電電能質(zhì)量，提高了中頻電源的利用率，有利于系統(tǒng)長期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來經(jīng)濟(jì)效益的提升。
