中頻滬諧波治理和無功補償方案

上海坤友電氣有限公司專業為企業量身定製諧波治理方案，具有多年行業無功補償兼諧波治理經驗，多項產品獲得國家。尤其在中頻爐諧波治理方麵有獨到的見解。

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，特彆是造成中性線（零線）過流（是正常電流的3～20倍），並轉化為高熱而損失電能或產生事故。負序的諧波如2次，5次，8次，11次，……，產生反方向的旋轉磁場，使轉動設備力矩下降，浪費動力而損失電能；正序的諧波如4次，7次，10次，13次，……，則產生間歇正向磁場，使轉動設備轉速不穩並與負序分量一起，造成設備的振動和抖動。

諧波的存在使電力設備損耗增加、壽命縮短、絕緣老化、溫度升高。高次諧波的存在對通訊係統工程產生乾擾。對自動化產生誤動作。加大計量誤差。影響設備正常運行。當電網安裝有補償電容時，問題尤其嚴重。高次諧波可能因電容器組的配置而造成係統諧波放大，產生並聯或串聯諧振。損壞供、用電設備，或者進入電容器組，造成電容器組過載而發生擊穿報廢。

中頻電爐屬於典型諧波源，產生大量諧波，造成補償電容器無法正常投入運行，功率因數達不到供電要求的0.9以上。

一、中頻電爐諧波源

某鑄造公司主要設備為中頻電爐，中頻電爐屬於典型諧波源，產生大量諧波，造成補償電容器無法正常投入運行，功率因數達不到供電要求的0.9以上，每月產生無功罰款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，整流設備在工作中在把交流變為直流的同時產生大量的諧波，屬典型諧波源；諧波電流注入電網，在電網阻抗上產生諧波電壓，引起電網電壓電流畸變，影響供電質量及運行**，使線路損耗及電壓偏移增加，對電網和工廠本身電氣設備均會產生**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，可以調節的直流電壓UD，來調節負載電流。LD為濾波電抗，是把工頻和中頻網絡隔開，並把直流電流濾成平化的波形。逆變電路是8隻晶閘管組成單相橋式逆變電路，它將直流電流逆變為交流中頻電流，並將它送入負載。負載電路是爐圈與電熱電容組成並聯諧振。逆變電路的輸出頻率受負載電路振蕩頻率控製，工作在略高於負載振蕩頻率。

並聯變頻電路對負載的適應能力特彆強，是當前應用*廣泛的一種電路，主要是用作中頻熔煉和透熱的電源。

諧波特征分析

1）中頻爐的整流裝置為6脈動可控整流；

2）整流裝置所產生的諧波為6K＋1次奇次諧波，采用傅立葉級數對電流進行分解變換，可知電流波形含有6K±1次高次諧波，根據對中頻爐的測試數據，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：（IN／I1）

諧波次數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，產生大量的諧波，針對中頻爐的測試及計算結果，特征諧波主要以5次為*大，7次，11次，13次諧波電流比較大，電壓電流畸變嚴重。

二、基礎數據

1.中頻爐參數：中頻爐由一台變壓器獨立供電，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，功率因數為PF＝0.87，供電電壓U＝660V，工作電流I＝1750A。

2.變壓器參數：變壓器型號為S11－2500KVA，電壓為10000V／660V，額定電流為I＝2186A。

3.實際運行參數：視在功率S＝700KVA－2200KVA，有功功率為P＝600KW－2000KW，無功功率為Q＝550KAR－1150KAR，功率因數為PF＝0.6－0.93，工作電流I＝430A－1924A

三、KYLB濾波補償裝置設計依據

1、根據電能質量公用電網諧波GB／T14519－1993

2、根據電能質量電壓波動和閃變GB12326－2000

3、根據供電係統阻抗和相關參數

4、根據現場測量結果及仿真計算

四、中頻爐諧波治理方案

1.中頻爐諧波治理目標

根據企業實際情況，上海坤友電氣有限公司針對中頻爐諧波治理設計了整套濾波方案，綜合考慮負荷功率因數、諧波吸收需要和背景諧波，在企業變壓器2500KVA0.66KV低壓側安裝一套KYLB濾波補償裝置對諧波進行治理。

KYLB濾波補償裝置諧波電流的設計滿足國標GB／T14549－93《電能質量公用電網諧波》的管理規定。

2.諧波治理方案確定

由於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、設備本身和其它用戶都造成了不同程度的影響。另外，考慮設備的功率因數特點，在設計時要做到諧波消除補償無功提高功率因數等。

針對設備的特性KYLB濾波補償裝置采用濾波兼無功補償的方式，它的主要作用：改善供電係統的穩定性；抑製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，初加熱過程持續時間短，但高次諧波比較豐富，設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。從測試數據看主要諧波成分是5次、7次、11次、13次其中以5次諧波為*大，電壓畸變嚴重。綜上因素考慮濾波裝置設計5次、7次、11次三條LC濾波支路，吸收5、7、11次及以上次數的諧波。方案采用仿真法對各回路投入時是否產生非特征頻率的諧振進行分析，並*終確定回路的參數。

3. KYLB濾波補償裝置技術特點

◆在0.66KV係統運行方式下，KYLB濾波補償裝置投運後，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0.95以上。

◆不因為投入KYLB濾波補償裝置而引起某次諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。

◆針對用戶係統諧波無功專門設計製造KYLB濾波補償裝置，消除特性諧波補償無功功率，濾波效果明顯。

◆對於5、7、11次諧波電流吸收率達到75％以上，諧波滿足GB／T14549－93要求。

◆根據諧波源的特性設定KYLB濾波補償裝置的投切方式和控製策略。

◆檢測係統情況，按照負荷的無功電流、諧波電流進行實現跟蹤。使受電功率因數提高到0.95以上，降低配電網的線損、增加配電變壓器的承載效率。

◆補償過程中電網電壓波動滿足國家標準GB／12326－90要求，即：滿負荷到輕負荷補償變化引起的一次側電壓波動≤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。

◆係統不產生無線電（射頻）電磁乾擾。

◆運行方式：全自動，連續工作。

六、KYLB濾波補償裝置的濾波效果

1.KYLB濾波補償裝置投入運行，自動跟蹤中頻爐的各種負載設備變化，使各次諧波得到有效濾除。

2.未治理前電壓總畸變率（THD）嚴重超出國標5％的限值要求。經KYLB濾波補償裝置治理，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GB／T14549－93《電能質量公用電網諧波》標準要求。

3.經KYLB濾波補償裝置治理諧波電流都得到有效改善，未投入5、7、11次的諧波電流都嚴重超標，投入後超標的各次諧波電流吸收率都大於80％以上，符合設備設計要求。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GB／T14549－93《電能質量公用電網諧波》要求。

4. KYLB濾波補償裝置投入後係統的功率因數得到大幅提高，供電係統0.66KV側從原來的0.87左右提到0.95以上，有功功率、視在功率、無功功率都得到節省，有效降低用電設備和供電線路的損耗。

5.諧波治理後變壓器溫度由原來的75度降低到50度，節省了大量電能，變壓器使用壽命延長。

6.通過安裝KYLB濾波補償裝置後有效改善了中頻爐的供電電能質量，提高了中頻電源的利用率，有利於係統長期**經濟運行帶來經濟效益的提升。