行業(yè)應(yīng)用
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用戶情況介紹
河北某金屬制品有限公司是專業(yè)生產(chǎn)冷軋帶鋼的專業(yè)廠家，生產(chǎn)線主要設(shè)備為大型直流電機(jī)，直流電機(jī)整流屬于典型諧波源，產(chǎn)生大量諧波，造成補(bǔ)償電容器無法正常投入運(yùn)行且電容器再投入后造成諧波放大，用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障率高，電容器經(jīng)常燒毀，功率因數(shù)僅為0.59，每月產(chǎn)生無功罰款4萬元左右，變壓器溫度在夏季達(dá)70度，造成電能浪費(fèi)，壽命縮短。
一、軋鋼生產(chǎn)線概述
軋鋼生產(chǎn)線車間以0.4kV電壓供電，其主要負(fù)荷為6脈動整流，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)備均會產(chǎn)生不良的影響。
特征諧波分析
1） 軋鋼生產(chǎn)線的整流裝置為6脈動可控整流；
2） 整流裝置所產(chǎn)生的諧波為6K+1次奇次諧波，采用傅立葉級數(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)對冷軋帶鋼生產(chǎn)線的測試數(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：（In/I1）
直流電機(jī)在工作過程中，產(chǎn)生大量的諧波，針對測試及計(jì)算結(jié)果，特征諧波主要以5次、7次，諧波電流比較大，電壓電流畸變嚴(yán)重。
二、供電系統(tǒng)及數(shù)據(jù)
公司由一路10KV進(jìn)線，廠內(nèi)安裝1250KVA整流變壓器2臺， 800KVA整流變壓器2臺，電壓等級均為0.4KV。4臺整流變壓器分別帶4條軋鋼生產(chǎn)線，如下
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/T14549-1993
2、根據(jù)電能質(zhì)量 電壓波動和閃變 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、治理方案
1、 治理目標(biāo)
根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，我公司針對軋鋼生產(chǎn)線諧波治理設(shè)計(jì)了整套濾波方案，綜合考慮負(fù)荷功率因數(shù)、諧波吸收和背景諧波，在企業(yè)變壓器1250KVA 、800KVA低壓側(cè)各安裝一套諧波濾波裝置對諧波進(jìn)行治理，原有電容補(bǔ)償柜退出運(yùn)行。
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0.4KV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。之路，吸收5、7次及以上次數(shù)的諧波同時(shí)補(bǔ)充功率無功提高功率因數(shù)。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，并確定回路的參數(shù)。
●供電系統(tǒng)及濾波原理圖 ：
2、方案確定
由于直流電機(jī)在工作過程中諧波較大，如5次諧波達(dá)到了基波電流的22%，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)姆绞剑闹饕饔茫焊纳乒╇娤到y(tǒng)的穩(wěn)定性；抑制諧波電流以減少諧波造成的危害，提高功率因數(shù)。
冷軋帶鋼生產(chǎn)線工作過程負(fù)荷相對比較穩(wěn)定，諧波含量大，功率因數(shù)特別低。從測試數(shù)據(jù)看主要諧波成分是5次 、7次其中以5次諧波為主，電壓畸變嚴(yán)重。綜上因素考慮濾波裝置設(shè)計(jì)5次、7次兩條LC濾波主吸收支路及8條精補(bǔ)濾波
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次諧波電流吸收率達(dá)到85%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。
●補(bǔ)償過程中電網(wǎng)電壓波動滿足國家標(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≤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，連續(xù)工作。
六、結(jié)論
1、濾波補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行，自動跟蹤軋鋼生產(chǎn)線的各種負(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10.8%,降止2.5%,各次諧波都符合國標(biāo)GB/T 14549-93《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85%以上，符合設(shè)備設(shè)計(jì)要求。 注入公共點(diǎn)的各次諧波電流均符合國標(biāo)GB/T 14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》要求。
4、濾波裝置投入后系統(tǒng)的功率因數(shù)得到大幅提高，供電系統(tǒng)從原來的0.56左右提到0.97,有功功率、視在功率、無功功率都得到改善，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70度降低到49度，節(jié)省了大量電能，變壓器使用壽命延長。
6、通過治理后有效改善了軋鋼生產(chǎn)線的供電電能質(zhì)量，提高了直流電機(jī)電源的利用效率,有利于系統(tǒng)的長期安全運(yùn)行。