蓝宝石炉谐波治理方案.doc

焦作市光源电力有限公司蓝宝石单晶炉谐波治理技术方案用户名称：焦作市光源电力集团有限公司项目名称：蓝宝石单晶炉谐波治理装置设计单位：北京思能达电力电子技术有限公司设计人员： 刘永波 设计日期：2012.1.9目 录一、项目概述- 2 -1、项目简介- 2 -2、用电现状- 2 -3、技术方案摘要- 2 -二、方案实施的必要性- 2 -1、谐波的危害性- 2 -三、方案设计- 4 -1、设计依据- 4 -2、滤波方式的选择- 5 -3、滤波器容量的确定- 6 -4、滤波器的安装- 7 -5、预期效果- 7 -6、装置清单- 7 -四、SNTA1008电源安全净化装置- 8 -1、工作原理- 8 -2、主要特点- 8 -3、主要参数- 9 -4、控制器- 11 -5、应用实例- 12 -五、项目质量保证- 12 -六、产品服务- 13 -1、售后服务- 13 -2、技术培训- 13 -北京思能达电力电子技术有限公司 SNTA1008技术方案一、 项目概述1、 项目简介焦作市光源电力集团有限公司，蓝宝石生产车间，由11台蓝宝石单晶炉，其中35KG单晶炉10台，额定功率为60KW，实际运行功率40KW，80KG单晶炉1台，额定功率120KW，实际运行功率80KW。2、 用电现状该车间选用的蓝宝石单晶炉采用直流电源加热，采用6脉整流电路。在泡生法中，晶体在生长的过程中存在晶体移动和转动，容易受到机械振动的影响，并且要求直流电流平滑，对晶体液面电磁扰动小。整流电路在工作过程中，会产生大量谐波。而谐波电流将会对单晶炉的PLC控制造成干扰，影响控制精度。当多台设备同时开启时，谐波相互叠加，谐波电流增大，引起系统电压畸变率增大，从而影响整流装置，使直流电压电流不稳定，影响晶体生长质量。大量的谐波会引起电机等设备的机械振动，对晶体的移动和转动造成影响。谐波不仅对晶体的生长造成影响，而且对蓝宝石的切割也产生不良影响，如果谐波含量较大，影响切割过程中的电机转速，使金刚石线锯张力不均匀，甚至拉断。3、 技术方案摘要为了稳定直流侧电源，减少外界干扰，增加切割质量，我们采用加装一台SNTA1008-380/200-3L电源安全净化装置的方法来消除单晶炉运行过程中产生的谐波，使谐波电流减小，提高产品质量。二、 方案实施的必要性1、 谐波的危害性理想的电力系统中，电压、电流应该是以50HZ正弦波的形式存在。而谐波是在电压、电流波形发生变化时，产生畸变。谐波电流和谐波电压的出现，对供电系统是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，对周围的通信系统和供电系统及以外的设备带来危害。近年来，大量的电力电子设备广泛的应用，使谐波的污染加重。谐波对供电系统和其他用电设备的危害大致有以下几个方面： 谐波对旋转电机的影响谐波对旋转电机的主要影响是引起附加损耗，其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压。 谐波对供电变压器的影响谐波电流不但引起变压器绕组附加损耗，也引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并且有可能引起局部的严重过热。谐波使变压器噪声增大，当流经变压器的谐波电流谐振时可能损害变压器。 谐波对换流装置的影响交流电网的电压畸变可能引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使整流器的工作不稳定；而对逆变器则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。 谐波对并联补偿电容器和电缆的影响谐波会引起电容器局部放电，加速电容器介质老化，缩短使用寿命。在一定条件下谐波极易与无功补偿电容器组引起谐振或谐波放大，从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏；对电力电缆也会造成电缆的过负荷或过电压击穿。国内外在这方面的教训是深刻的，国内在许多电力系统和用户系统内都发生过无功补偿电容器组无法投入运行，大批电容器损坏的事故。 谐波对通信的干扰和影响谐波通过电容耦合、电磁感应和电气传导会感应到通信线路上，可能损害通话的清晰度，触发电话铃响，甚至在极端情况下，威胁通信设备和人员的安全。 谐波对继电保护和自动装置的影响谐波对继电保护和自动控制装置产生干扰，造成误动和拒动。尤其是一些衰减时间较长的暂态过程，如变压器合闸涌流中的谐波分量，由于其幅值大、谐波含量也很大，更容易引起继电保护的误动作。因此，无论从设备的安全运行的角度来看，还是从降低设备损耗，提高产品质量方面考虑，都应该对谐波进行治理。三、 方案设计1、 设计依据GB/T12325 电能质量 供电电压允许偏差GB12326-2000 能质量 电压波动和闪变GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波GB/T 15543 电能质量 三相电压允许不平衡度GB/T 15945 电能质量 电力系统频率允许偏差GB/T17625.1-2003 电磁兼容限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流16A）GB/T14048.1-2000 低压开关设备和控制设备总则GB7251 低压成套开关设备和控制设备GB/T16935.1 低压系统内设备的绝缘配合第一部分：原理、要求和试验2、 滤波方式的选择目前对400V电力系统中的谐波治理方式主要分为无源滤波器和有源滤波器，在此我们对两种治理方式进行分析.l 无源滤波器无源滤波器是通过L、C串联，使其在某次谐波产生串联谐振，使滤波器阻抗为零，从而起到吸收谐波的目的。特点：1、只能吸收有限的固定次数的谐波电流 2、由于供电系统的动态性，无源滤波器有与系统产生谐振的可能性，瞬间对供电系统造成损害 3、只能吸收60%左右的谐波电流 4、跟踪响应速度慢 5、滤除谐波的同时会有一定量的无功功率的输出 6、滤波支路的投切是根据无功功率的大小进行的，存在无功输出和谐波治理相冲突的情况l 有源滤波器有源电力滤波器是利用现代电力电子技术，产生一个大小相等，但方向相反的补偿电流，用以抵销电力系统中的谐波电流。特点：1、对谐波进行治理的同时也可以进行无功补偿 2、利用率较高，可以吸收90%以上的谐波电流 3、动态响应比较快，小于一个周波 4、安装体积比较小 5、投入或退出工作时，对电网冲击小 6、可以吸收2-50次谐波或特定次数谐波 7、滤波效果不受供电系统影响，消除了发生谐振的可能性由于该车间中有11台单晶炉及其他设备，因此我们采用有源滤器。如果采用无源滤波器的话，在单晶炉运行数量较少是，滤波支路不投入或者投入支路较少，滤波效果得不到保证，即使在负载满负荷时，对于对电源要求较高的单晶炉来说，也不能满足其要求。3、 滤波器容量的确定总谐波电流计算式中 为谐波电流 为总电流电流畸变率由于单晶炉实际运行总功率在500KW左右，根据谐波电流的计算公式及6脉冲整流电源的谐波含量，我们计算出其谐波总电流为180A。考虑到系统中其他设备的存在，因此采用SNTA1008-380/200-3L型电源安全净化装置1台，对蓝宝石单晶炉生产过程中产生的谐波进行治理。4、 滤波器的安装SNTA1008-380/200-3L电源安全净化装置安装于车间总开关柜旁边，柜体尺寸800mm（宽）800mm（深）2200mm（高）。每相采用1根95mm2电缆连接于400V母线。电流采样互感器安装在可以采集负载电流的位置（A、B、C三相电流），选用2*2.5mm2屏蔽电缆连接到电源安全净化装置。如图所示：5、 预期效果SNTA1008-380/200-3电源安全净化装置安装后，单晶炉电源母线谐波电流畸变率小于5%。从而减小直流侧电流波动，减少谐波对控制精度的影响，提高产品质量。6、 装置清单序号名称型号数量备注1电源安全净化装置SNTA1008-380/200-3L1台四、 SNTA1008电源安全净化装置SNTA1008电源安全净化装置是在总结国内外同类产品的基础上研发而来。采用国际先进的谐波检测计算方法，核心器件采用进口可靠产品。其整体性能优于国内同类产品，具备效率高、功能强、可靠性高、美观、易用的特点，是解决电源污染的理想选择。1、 工作原理实时检测分析负载中的谐波电流，通过现代电力电子技术，产生与负载谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，以抵消系统中的谐波电流，从而达到滤除谐波的目的。2、 主要特点 直流侧电压低，只需调节到200V，有效地提高了IGBT及直流电容器的寿命，此项技术为国内首创（专利号：201020502500.2）。 现场安装方便，尤其是对于改造的工程，电流互感器不需要新增加，只需要利用用户原有系统中的互感器及电源安全净化装置自身的互感器即可完成谐波监测和控制。 采用10英寸高清晰触摸屏，友好人机界面，提供完整现场信息、历史记录信息、滤除前后的电能质量对比。不仅具备滤波功能，而且具备谐波检测功能，通过触摸屏可方便的查询电网中的谐波情况，掌握电能的质量。 谐波滤除效率高，可达90%以上，不受系统阻抗影响，有效滤除2-50次谐波，也可以选择滤除特定次数谐波。 DSP全数字控制，高速检测和运算，对负载的动态变化迅速响应，全响应时间不大于10ms，确保谐波检测和补偿控制精确和有效，充分抑制电压波动和闪变。 可以只滤波或同时滤波和补偿无功。 模块化设计，并联安装方式，可实现多台并联运行，安装维护方便。 具备完整的保护功能: 过载、过温、过电压、过电流、欠电压、故障自诊等。 采用先进的控制算法，消除了纹波电流，使滤波后电流波形更平滑。3、 主要参数电气特性额定电压（V）AC38015%，AC69015%工作频率（Hz）50/60 +/-3 Hz电气接线三相三线 三相四线最大滤波电流（A）5010020030050性能指标滤波范围250次谐波（可以选择滤除特定次数谐波）滤波能力5%THDi无功补偿模式可选 补偿阶跃变化全响应响应时间10ms直流侧母线电压200V过载能力自动限流在100%额定输出动态电流补偿2.5倍滤波额定容量输出运行方式单台或多台并联运行控制特征IGBT开关频率20kHz控制器数字DSP通信功能通信接口RS485/232、以太网和CAN总线控制连接光纤，或电气连接显示与操作显示界面SHARP 10.4英寸触摸屏显示参数电压、电流、谐波、温度等现场参数；谐波及事件、故障等历史记录设置参数运行模式、功能模式及各种整定参数设置操作可触摸、可用鼠标通讯以太网环境条件环境温度-15+55存储温度-40+65相对湿度最大95%，无凝露海拔高度安装海拔小于1000米4、 控制器 显示功能控制器可以实时显示系统各个电气参数，采用10英寸大屏幕，人机界面友好。 谐波检测仪的功能主要监测内容为：电压偏差、频率偏差、电压闪变、三相不平衡、电压电流谐波等进行数据采集、自动通讯、数据自动写入存储器。客户端可随时对监测的实时数据、历史数据、故障事件进行浏览和查询。5、 应用实例安徽昊源化工集团公司主要负荷为变频设备，谐波情况比较严重，因此安装了SNTA1008电源安全净化装置。滤波效果若下：A相谐波电流含有率由原来的9.6%滤除到1.3%左右，滤除率为86.4%； B相谐波电流含有率由原来的7.5%滤除到0.9%左右，滤除率为88%C相谐波电流含有率由原来的8.7%滤除到1.2%左右，滤除率为86.2%功率因数由原来的0.88提高到0.93投运之后系统运行电流由原来的866A降低到790A,减少76A五、 项目质量保证为保证整个项目的技术和质量，我公司保证按下述条例来实施本项目的操作，建立相应的技术和质量保证团队，具体方法按一下条例进行： 1）、建立以项目经理为首的各级技术、质量保证体系，明确各级质量责任制，技术、质量保证体系。 2）、严格按国家有关的“规范、规程、标准”及设计要求组织、指导、检查全过程的生产和施工。 3）、加强技术培训每一分部、技术、质量交底，提高整体技术素质。 4）、熟悉图纸，了解设计意图，组织参加图纸会审。5）、在项目质量自检、互检、交接检的基础上，逐日组织质量报验，不合格工序不得进行下一工序施工。6)、把好材料入库质量验收关，不合格产品严禁入库、使用7)、建立技术、质量资料档案，随项目进度，及时认真做好有关记录的收集、整理、归档工作。8）、成套设备及其主要部件均根据国家有关标准进行型式试验、出厂试验，种类试验均根据国家有关标准、规定进行。六、 产品服务1、 售后服务我公司有专业人员专门负责该项目