中频炉谐波治理介绍

1、 某钢厂中频炉谐波治理介绍石家庄开发区波宏科技有限公摘 要:炼钢用中频电炉产生大量的谐波,导致电能质量下降,增加设备损耗。同时功率因数较低。本文通过对某钢厂中频电炉进行谐波测量和分析,采取治理措施,取得了预期的结果。关键词:中频电炉;谐波治理;无功补偿;1. 供电系统概况某钢厂由一路10kV进线,厂内安装两台中频炉变压器,单台容量为3150kVA,10kV/720V,每台变压器带2台中频炉,总功率为3200kW。另外有一台动力变压器,容量为200kVA,10kV/400V。由于谐波干扰,电力部门只允许中频炉夜间生产。供电系统见图1: F5F7F11Q c=1440k v a r Q c=144

2、0k v a r图1 供电系统图2. 中频炉的谐波特性中频电炉是将工频50Hz交流电进行整流,然后再逆变为中频300Hz10kHz电源,利用电磁感应原理进行加热。中频炉属交一直一交供电,整流部分一般采用三相桥式电路,直流回路的脉动数为6,变流器的特征谐波频谱计算公式:n=kP±1式中 P-变流器脉动数; K-正整数,K=1、2、3、按上式计算,中频炉的特征谐波为5、7、11、13次谐波,由于存在非对称触发等原因,可能会产生其它次数的非特征谐波,但是主要以特征次谐波为主。 3. 谐波测量结果测量点选在2#变压器的10kV 进线侧,由测量结果可知,2#变压器的自然功率因数为0.72,电压

3、总畸变率最大为9.0%,谐波电流主要集中在5次、7次、11次。测量结果见表1。表1 2#变压器10kV 进线测量参数有功功率(kW无功功率(kvar功率因数测量点 电压(kV 电流(A 最小 平均 最大 最小 平均 最大 总进线9.8617112562582278245694011250.72表2 总进线背景(中频炉不生产时谐波电压测量结果基波电压: A 相畸变率 B 相畸变率 C 相畸变率 9.86kV2.0%1.99%2.1%表3 中频炉生产时总进线的谐波电压测量结果基波电压: A 相畸变率 B 相畸变率 C 相畸变率 9.86kV8.6%8.4%9.0%表4 总进线(10kV的谐波电流测

4、量结果(I 1=171A 图1 总进线的电压、电流谐波柱状图谐波次数 2 3 4 5 7 9 11 13 17 19 谐波电流(A4.520.811.15.73.93.1 测试结果分析根据测试结果对照标准比较分析,可以得出:1中频电炉的谐波电流主要为5、7、11次,折算到720V,5次谐波电流为290A,7次谐波电流为160A,因此无论10kV侧还是720V侧,均超过了国标规定。2 自然功率因数为0.72,低于国家规定的0.9,因此工厂需交纳无功罚款。为限制中频电炉产生的谐波电流注入电网,需安装专用滤波补偿装置,降低对电网的谐波污染,改善工厂其它用电设备的运行环境,使功率因数满足供电部门的要求

5、。4.滤波器设计根据中频炉的谐波和无功状况,采取无源滤波补偿方案,每台变压器720 V侧安装一套滤波补偿装置,每套安装容量为1440kvar,共分F5,F7,F11共3个支路。滤波方案的选择,是采用高压滤波还是低压侧就地滤波,根据谐波特性和谐波潮流分析,装在低压侧具有明显的优点,主要有:1 谐波电流在低压侧就近吸收,避免流入高压系统,在整流变压器上产生损耗和引起故障。2 针对单台变压器的单元式滤波,控制方式简单可靠,跟随中频炉的负载变化动态投切,使功率因数保持在最佳值。3 低压滤波设备安装方便,如采用高压方式,需要专用的房间,占地较大,同时保护及绝缘要求高。4 低压滤波和高压滤波的总体价格相当

6、,高压滤波如果自动投切,则控制装置的费用较高。4.1 滤波器的技术指标1 技术指标 本套装置主要解决谐波和无功补偿问题,投入该装置后,注入电网的谐波电流,总谐波电压畸变率应能满足国标GB/T 14549-93的要求。 720V系统的平均功率因数应大于0.9。 本装置投入运行后,不应对现有电气设备及周边厂家电气设备的运行状态产生任何不利影响。 滤波柜的防护等级:IP23。2 考核指标 谐波测量投入滤波回路后,720V系统的滤波效果满足国标的要求。测量谐波次数为:5、7、11、13。其值应小于国家标准规定的允许值。谐波电压测量结果应减去背景值。 功率因数使用记录式有功电度表和无功电度表,测量总进线

7、的有功功率和无功功率,然后按下式进行计算:9.01h(kW h(kVAR cos 2/12+=滤波电路见图2。 滤波次数:F5F7F11图2 滤波电路图 4.2仿真结果为了验证滤波装置投入运行后的效果,使用波宏公司自行编制的AACP 仿真程序对滤波器的滤波效果进行仿真,结果表明,在给定短路参数,各次滤波参数,中频炉不同运行状况下,滤波器均能起到较好的滤波效果。下面是仿真图形。 图3 频率阻抗图 图4 频率阻抗矢量轨迹 图5 谐波分流 5. 滤波效果投入滤波设备后,在2#变压器10kV 进线侧测量滤波补偿效果。由测量结果可知,该回路的功率因数在0.93-0.99之间,电压总畸变率最大为3.4%,

8、滤波后残余谐波电流主要集中在5次、7次、11次。 测量结果见表5。有功功率(kW无功功率(kvar功率因数测量点 电压(kV 电流(A最小 平均最大最小平均最大总进线9.971481418 224928763323646240.99表6 总进线的谐波电压测量结果基波电压 A 相畸变率 B 相畸变率C 相畸变率9.97kV 3.4% 3.6% 3.5%表7 总进线的谐波电流测量结果(I 1=148A 图6 电压、电流谐波柱状图谐波次数 2 3 4 5 7 9 11 13 17 19 谐波电流(A 0 3.2 0 6.4 3.4 0 2.3 1.7 0 0 未滤波对比-4.5-20.811.1-5

9、.73.9-某钢厂中频炉谐波治理介绍 石家庄波宏科技有限公司 6 从测量结果看，本套滤波装置的滤波效果大于 70%。满足国标和技术协议的规定。 由于电网存在背景电压谐波，即在变压器空载时，10KV 母线上有 2%3%的电压畸变率，并且中频炉运行 后，电压谐波很大一部分是 17 次以上的高次谐波含量。因此在投入滤波装置后，母线上的电压畸变率仍然高 于 3%，但是低于 4%的国标值。 6. 节能分析 滤波装置除了有效吸收谐波电流外，还可以对基波无功功率进行补偿。下面是 2#变压器五月份和六月份 的电费单数据： 2#变压器 5 月，投入滤波前 6 月，投入滤波后 实际力率 0.65 0.94 缴纳的调整电费 24904.34 元 -968.19 元(即奖励电费 注：由于测量期间中频炉设备属间歇运行，正常运行后实际力率应大于 0.95。 由于滤波设备提升了系统电压，每炉的生产周期由原来的 60 分钟降为 50 分钟，有功电量 也有明显减少，节