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中频熔炼炉谐波治理项目案例

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中频熔炼炉谐波治理项目案例

发布日期:2021-08-03 作者:西安海翔机电 点击:

摘要:中频熔炼炉原始功率因数高,谐波严重,采用无源滤波器治理相对困难,由于本案例治理效果突出,故将该项目方案设计过程及治理效果整理成文,与同行分享。
关键词:电能质量;谐波;无功;无源滤波器。

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某铸造厂配电项目概况
某铸造厂供电变压器容量:800KVA,电压等级10KV/0.4KV,变压器短路阻抗为5.7%,主要负载为500kW中频熔炼炉,中频炉整流器采用三相全控桥式整流电路,在生产过程中主要产生6K±1次,即5、7、11、13等特征谐波,谐波严重超标。系统一次原理图见图1.1。

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图 1.1 一次系统图
在出具治理方案前,首先要了解负载工况和准确的电能质量相关参数,测试仪器为日置3197。
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测试记录
鉴于不同厂家中频炉参数差别较大,必须进行现场电能质量数据测试,测试仪器日置3197,以下为单相数据。数据见图2.1-2.3。

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图2.2测试点1的谐波效值及电压畸变率
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图2.2测试点1的谐波效值及电压畸变率

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图2.3 测试点1功率因数
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谐波限值和测量值计算
3.1谐波电压
中频炉压配电受总侧的电压、电流、功率因数是测试重点。按照国家标准GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》规定,公用电网谐波电压(相电压)限值及测量值见图3.1。各类谐波源注入系统的各次谐波电流及其在0.4kV母线引起的谐波电压畸变率应小于表中所列出的限值。
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3.2谐波电流限值计算
中频炉配电室,由10kV线路供电,根据系统最小方式计算,10kV最小短路容量为19.6MVA,变压器容量为800KVA,短路阻抗5.7%,则0.4kV侧短路容量计算公式:为8.18MVA。
根据国家标准GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》,接入公共连接点(PCC点)的用户向该点注入的谐波电流不应该超过规定的允许值;允许值需根据PCC点的母线最小短路容量、供电设备容量、用户用电协议容量计算。计算结果见图3.2,因为只有13次以下谐波电流超标,只列出2-13次。
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图3.2

电能质量指标统计数据见表3.3
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3.3数据分析
从测试数据可以看出:
1) 5,7,11,13次谐波电流超标。
2) 总电压畸变率超标。
3) 原始功率因数高。

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方案定制
4.1 方案目标
1)将总电压畸变率控制在5%以内,如果没有背景谐波,通常谐波电流滤除效果越好,电压畸变率控制的越好;
2)将5,7,11,13次谐波电流,控制在国标限值内;
3)月平均功率因数达到0.95以上,原始功率因数0.975,关键是不能无功倒送;
很多铸造企业规模很小,通常安装滤波器是应供电局要求,为了控制投资成本不会考虑APF。
4.2滤波装置参数设计
设计思路:设置5,7次单调谐滤波器各1个,11次滤波器作为高通滤波器,
分别吸收5次谐波140A,7次谐波70A,高通滤波器吸收11次及13次谐波40A,滤波器应能同时承受以上谐波电流和滤波器的基波电流,并维持长期使用寿命;
装置运行时,应遵循先投5次,再投7次,最后投11次的顺序,切除与投入的过程刚好相反;若负荷几乎没有波动可以几个回路一起投一起切。
讲究投切顺序的原因是尽量别出现谐波放大,满足功率因数和无功需量变化的要求。
滤波器各支路容量的确定是个比较复杂的计算过程,涉及大量计算,这里就不再赘述,原则是基波补偿容量尽量小,别导致过补无功倒送现象,而有更多的容量可以吸收谐波电流。
仿真计算最便捷,装置一次系统图见图4.1,仿真结果如图4.2-4.3。

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图4.1
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图4.2   
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图4.3
4.3 实际投运测试效果
滤波装置投运后电压电流波形、各次谐波电流有效值、总电压畸变率、功率因数见图4.4-4.6
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图4.4设备投运后电压、电流波形
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图4.5设备投运后谐波参数
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图4.6设备投运后功率因数和畸变率

最终设备投运后谐波电流效果见图4.7

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图4.7投运前后谐波参数
电压总畸变率和功率因数效果见图4.8
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图4.8投运前后电压畸变率和功率因数
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结论
1.谐波电流滤除效果非常好,已经达到国标限值要求;
2.功率因数合格,未出现无功倒送现象;
3.电压畸变率勉强合格。
该案例是针对中频熔炼炉设计的无源滤波器项目中,效果最好的一个,由于无源滤波器滤波效果受系统阻抗和背景谐波的影响比较大;实际项目中经常出现谐波电流滤除效果不佳、电压畸变率达不到国标要求、谐波参数满足要求但是有过补偿的现象。


本文网址:/news/829.html

关键词:中频炉,透热炉,熔炼炉

中频炉、熔炼炉、透热炉