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精密锻造中频炉电能质量解决方案

 项目背景

中频冶炼炉在冶炼、铸造等行业中应用日益广泛,但中频炉在工作时采用整流和逆变技术,产生了大量电流、电压谐波。谐波对供电系统造成严重污染,使得精密仪器工作过程中产生误动作,增加供电设备的损耗。

中频感应炉的电源系统是电力系统中数量大的谐波源,常见的为中频炉和高频感应炉电源等。一般6脉冲中频炉,主要产生571113次特征谐波等;对于12脉冲换流中频炉,主要为11132325次特征谐波。一般情况下,小型换流装置采用6脉冲,较为大型采用12脉冲,如炉变压器接成YY型,或者采用两台变压器供电。

谐波问题描述

中频炉谐波含量85%以上为低次谐波,电流畸变率达到40%左右,谐波能量大大超出节电设备承受范围,长期使用容易损毁,事故频频,影响企业生产的正常进行。

中频炉在使用中产生大量的谐波,导致电网中的谐波污染非常严重:

1)谐波使电能传输和利用的效率降低,使电气设备过热,产生振动和噪声,并使其绝缘老化,使用寿命降低,甚至发生故障或烧毁;

2)谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容补偿设备等设备烧毁;

3)谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱;

4)对于电力系统外部,谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰。

现场检测

用户现场主要负载是两台中频炉和部分电阻炉。用户现场的两台中频加热设备(1000KW2250KW)都产生大量谐波,而且功率因数都相当高。这也符合中频感应加热炉的高谐波含量,高功率因数的特点7#变压器下边的1000KW中频炉测试时谐波电压畸变率达到7.9%(超出国标规定的阈值5%),谐波电流畸变率达到40.9%。有效值严重超出了电网国标的基准值。详见下表:

谐波分量非常严重,从两个变压器出线端测试的情况来看,谐波实测值比国标规定的允许值大得多,甚至不是一个数量级,以2250KW中频炉为例(表中炉子对应的变压器容量2000KVA),3次谐波超标不多,但5次谐波超过国家标准2476%,7次谐波超过国家标准2025%。如此严重的谐波在低压侧累积,势必会影响到高压侧的电压波形,电压波形畸变又会影响到其他负载的稳定运行。

用户现场在保有高次谐波丰富含量的同时,功率因数也是相当的高。由于中频加热设备一般都会有内置平衡三相电容器,使得炉子在工作在满载电流的50%以上时,功率因数就已经达到0.90。当炉子工作电流达到满载电流的80%时,炉子功率因数就会达到0.98以上。测试时炉子的功率因数在0.98—0.99之间震荡。

电能质量解决方案

高谐波含量、高功率因数这两大特性决定了无源滤波器的现场应用不适合。因为无源滤波器在滤波的时候需要投切无功,这样就造成了过补现象。过补偿要比欠补偿还要可怕,因为过补偿会造成局部电网呈现容性,它会与广域网中的感性无功产生更大的规模的谐振,造成大面积电网的瘫痪。所以该项目的解决方案还是推荐使用KYXBQ谐波保护装置

1000KW中频炉和2250KW中频炉分别在投入1KYXBQ250/400V3L谐波保护装置2KYXBQ250/400V4L谐波保护装置之后,电流畸变率《3%,消除了谐波产生的电网谐振问题,保证本级电网和上级电网6KV侧供电质量和供电安全。功率因数显著提高,变压器负荷率进一步减轻,工控部分节电收益率达到7%左右。


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