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          特種陶瓷中頻加熱諧波治理補償


          用戶基本情況


            山東某陶瓷企業主要生產各種規格復合導電陶瓷蒸發舟(坩堝)產品,企業生產設備有200KW中頻爐9套,使用2000KVA(10KV/0.4KV)專業變壓器供電,供電系統圖如下:

          供電系統

          實際運行數據


            2000KVA變壓器所帶中頻爐大功率1800KVA,平均功率因數為PF=0.83,工作電流2700A,每月都有10000左右的無功罰款,且生產線經常出現控制異常情況,影響生產。


          電力系統情況分析


            中頻電爐整流電源主要負荷為6脈動整流,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安全,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不良的影響。

            因此,應選用具有濾除諧波功能的濾波無功補償裝置。


          濾波無功補償治理方案



          治理目標


          ●濾波補償裝置設計滿足國標GB/T 14549-93標準及無功功率的管理規定。

          ●在0.4KV系統運行方式下,濾波補償設備投運后,中頻爐、變頻器特征諧波得到有效濾除,諧波濾除率在70%以上,月平均功率因數0.95以上。

          ●不因為投入濾波補償支路而引起諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。


          設計遵循標準


          電能質量  公用電網諧波    GB/T14519-1993

          電能質量  電壓波動和閃變   GB12326-2000

          低壓無功功率補償裝置總技術條件 GB/T 15576-1995

          低壓無功就地補償裝置       JB/T 7115-1993

          無功補償技術條件;JB/T9663-1999《低壓無功功率自動補償控制器》

          低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值   GB/T 17625.7-1998  

          電工術語 電力電容器  GB/T 2900.16-1996

          低壓并聯電容器     GB/T 3983.1-1989

          電抗器            GB10229-88

          電抗器          IEC 289-88


          設計思路


              根據企業實際情況,我公司針對中頻爐濾波無功補償設計了整套方案,綜合考慮負荷功率因數、諧波治理,在企業變壓器0.4KV低壓側安裝一套濾波無功補償裝置對諧波進行濾除,補償無功功率提高功率因數。

            中頻爐工作過程中整流裝置產生6K+1次諧波,采用傅立葉級數對電流進行分解變換,即特征諧波產生5次250HZ、7次350HZ、11次550HZ高次諧波。故在設計中頻爐濾波無功補償時要針對250HZ、350HZ及550HZ頻率設計,保證濾波補償支路在有效濾除諧波的同時補償無功功率,提高功率因數,使系統諧波符合國標GB/T 14549-93標準。


          設計分配


             2000KVA變壓器對應的中頻爐綜合功率因數從0.83補償到0.95以上,有效濾除5次、7次、11次及以上高次諧波,濾波補償裝置需要安裝容量為1360KVar,分9組容量進行自動投切,對應中頻爐整流電源進行濾波補償,滿足中頻爐諧波濾除及無功補償的設計要求。

              以上設計充分保證了諧波治理符合國標GB/T 14549-93標準,調節中頻爐功率因數在0.95以上。

          如下圖:

          中頻爐綜合功率 


          安裝濾波補償后效應分析


            2010年3月中頻爐濾波無功補償裝置安裝投運,裝置自動跟蹤中頻爐負荷變化情況,事實濾除高次諧波補償無功功率,提高功率因數。情況如下:


          諧波頻譜分布圖


          濾波補償前(電流)

          濾波補償后(電流)
          濾波補償前(電流)濾波補償后(電流)
          濾波補償前(電壓) 濾波補償后(電壓)
          濾波補償前(電壓) 濾波補償后(電壓)

          負載波形圖

          濾波補償前(電流)

          濾波補償后(電流)
          濾波補償前(電流)濾波補償后(電流)
          濾波補償前(電壓)濾波補償后(電壓)
          濾波補償前(電壓)濾波補償后(電壓)


          功率因數曲線圖

           功率因數曲線圖

                濾波補償裝置投入后功率因數0.97左右(凸起部分為切除濾波補償裝置時功率因數只有0.8左右)


          負載運行情況


             2000KVA變壓器對應的中頻爐綜合功率因數0.97以上,5次諧波自540A降到108A,7次諧波自280A降到58A,11次諧波自172A降到36A,變壓器使用電流從2700A降為2260A,降幅為16%。 

            補償后功率損耗減少值為WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=24×{(0.83×2000)/2000}2×0.4≈16(kw·h)式中Pd為變壓器短路損耗,為24KW,年節省電費開支16*10*30*12*0.7=40320元(按每天工作10小時,每月30天,全年12個月,每度電0.7元錢);諧波符合國家公用電網14549-93標準,由于諧波降低節約的電費: 諧波電流對變壓器產生的損耗主要為增加鐵磁損耗和銅損,鐵磁損耗與諧波電流頻率的三次方有關,工程上一般取2%~5%,對于整流負荷,取2%,即:

            WS=2000*3600*0.7*0.02≈10萬元,即全年節約電費10+4=14(萬元)。


          功率因數情況


            企業當月綜合功率因數達到0.95,月無功利率調整電費由罰款變為獎勵3120元左右,且以后每月功率因數都保持在0.97-0.98,每月都獎勵3000-4000元不等。


          結論


            綜上所述中頻爐濾波無功補償裝置具有很好的濾除諧波和補償無功的能力,解決了企業長時間承受利率電費罰款的難題,增強了變壓器的輸出能力,為企業帶來了顯著的經濟效益,用戶投資不到一年就收回了投資。因此企業對我公司生產的中頻爐濾波無功補償非常滿意,并在以后給介紹了不少客戶。


          中頻爐濾波無功補償裝置

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