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谐波保护装置在冶金企业的应用

  精诚铜业主要设备为中频电炉,中频电炉属于典型谐波源,产生大量谐波,造成补偿电容器无法正常投入运行,功率因数达不到供电要求的0.9以上,每月产生无功罚款1.2万元左右,变压器温度在夏季达75度,造成电能浪费,寿命缩短。
  谐波来源
  中频电炉铸造车间以0.66kV电压供电,其主要负荷为6脉动整流中频炉,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。
  谐波分析
  1)中频炉的整流装置为6脉动可控整流;
  2)整流装置所产生的谐波为6K+1次奇次谐波,采用傅立叶级数对电流进行分解变换,可知电流波形含有6K±1次高次谐波,根据对中频炉的测试数据。
  中频炉在工作过程中,产生大量的谐波,针对中频炉的测试及计算结果,特征谐波主要以5次为大,7次,11次,13次谐波电流比较大,电压电流畸变严重。
  基础数据
  1)中频炉参数:中频炉由一台变压器独立供电,容量为2吨,视在功率S=2000KVA,有功功率为P=1800KW,无功功率为Q=1020KAR,功率因数为PF=0.87,供电电压U=660V,工作电流I=1750A。
  2)变压器参数:变压器型号为S11-2500KVA,电压为10000V/660V,额定电流为I=2186A。
  3)实际运行参数:视在功率S=700KVA-2200KVA,有功功率为P=600KW-2000KW,无功功率为Q=550KAR-1150KAR,功率因数为PF=0.6-0.93,工作电流I=430A-1924A
  谐波治理方案
  根据企业实际情况,上海坤友电气有限公司针对中频炉谐波治理设计了整套滤波方案,综合考虑负荷功率因数、谐波吸收,在企业变压器2500KVA、0.66 KV低压侧安装一套KYXBQ谐波保护装置对谐波进行治理。
  1)在0.66KV系统运行方式下,KYXBQ谐波保护装置投运后,KYXBQ谐波保护装置吸收点处某次谐波的幅值及含有量都有大幅度下降,功率因数0.95以上。
  2)不因为投入KYXBQ谐波保护装置而引起某次谐波的谐振或谐振过电压、过电流。
  方案确定
  由于中频炉在工作过程中谐波较大,如5次谐波达到了基波电流的21.5%,对电网、设备本身和其它用户都造成了不同程度的影响。另外,考虑设备的功率因数特点,在设计时要做到谐波消除补偿无功提高功率因数等。
  针对设备的特性,上海坤友电气有限公司为精诚铜业在变压器0.66KV侧设计、安装一套KYXBQ谐波保护装置,滤波兼无功补偿,它的主要作用:改善供电系统的稳定性;抑制谐波电流以减少谐波造成的危害。
  中频炉工作过程可分为初加热过程和正常工作过程,初加热过程持续时间短,但高次谐波比较丰富,设计时要考虑各滤波支路不会对高次谐波放大,而在整个过程中正常工作占大部分时间,其中正常工作过程时电流大,谐波含量大。从测试数据看主要谐波成分是5次 、7次、11次、13次其中以5次谐波为大,电压畸变严重。
  治理效果
  1)KYXBQ谐波保护装置投入运行,自动跟踪中频炉的各种负载设备变化,使各次谐波得到有效滤除。
  2)未治理前电压总畸变率(THD)严重超出国标5%的限值要求。经治理, 电压总畸变率(THD)从原来的15.6%降至3.4%,各次谐波都符合国标GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》标准要求。
  3)经KYXBQ谐波保护装置治理谐波电流都得到有效改善,未投入5、7、11次的谐波电流都严重超标,投入后超标的各次谐波电流吸收率都大于80%以上,符合设备设计要求。如5次谐波电流从356A,降止35A左右; 7次谐波电流从182A,降止30A左右, 11次谐波电流从119A,降止18A左右,注入公共点的各次谐波电流均符合国标GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》要求。
  4)KYXBQ谐波保护装置投入后系统的功率因数得到大幅提高,供电系统0.66KV侧从原来的0.87左右提到0.95以上,有功功率、视在功率、无功功率都得到节省,有效降低用电设备和供电线路的损耗。
  5)谐波治理后变压器温度由原来的75度降低到50度,节省了大量电能,变压器使用寿命延长。
  6)通过治后有效改善了中频炉的供电电能质量,提高了中频电源的利用率,有利于系统长期安全经济运行带来经济效益的提升。

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