815V、5吨中频电炉无功补偿和谐波治理的成功案例.pdf

815V 、5 吨中频电炉无功补偿和谐波治理的成功案例 2007-4-27 天津市津开电气有限公司 总经理盖福健 高级工程师孙泽林 关键词：中频电炉、无功功率、无功补偿、谐波、间谐波、谐波治理、变流、变频、谐波电流、谐波电流 放大、博里叶级数 1.绪论： 随着电力电子技术的飞速发展，我国的工矿企业中，电力电子器件的大量应用，可控、全控晶 闸管作为为主要开关元件，电力电子器件的整流设备，变频、逆变等非线性负荷设备的广泛应用，谐波 问题亦日益广泛的提出。诸如谐波干扰、谐波放大、无功补偿失效及谐波无功电流对供电系统的影响等。 上述电力电子设备是谐波产生的源头。谐波电流的危害是严重的，主要有以下几个方面： · 谐波电流在变压器中，产生附加高频涡流铁损，使变压器过热，降低了变压器的输出容量，使变压器噪 声增大，严重影响变压器寿命。 · 谐波电流的趋肤效应使导线等效截面变小，增加线路损耗。 ·谐波电流使供电电压产生畸变， 影响电网上其它各种电器设备不能正常工作， 导致自动控制装置误动作， 仪表计量不准确。 · 谐波电流对临近的通讯设备产生干扰。 · 谐波电流使普通电容补偿设备产生谐波放大，造成电容器及电容器回路过热，寿命缩短，甚至损坏。 · 谐波电流会引起公用电网中局部产生并联谐振和串连谐振，造成严重事故及不良后果。 2.概述 2.1 天津市某铸造公司（简称铸造公司）为生铁铸造企业，工厂主要设备为两台 500HZ 中频感应电炉以溶 化生铁进行铸造，因采用中频电炉，故由于变流及变频等原因造成用电谐波超标，功率因数过低，为此进 行设备改造以提高功率因数，治理谐波，节约能源，提高电网质量，降耗增容。 2.2 中频电炉运行主要参数 ① 电炉为长期间断运行，运行时间每炉出铁冷炉约为 2.5 小时，热炉约 2 小时。 ② 在正常运行时高压侧工作电流为 150～ 160A 。整流变压器二次侧为六相十二脉波输出。 ③ 现场仪表指示数据 一次测电压 10.2KV 二次测电压 815V ×2 一次测电流 157A 二次测电流 992A ×2 一次测功率因数 COS? ＝0.6~0.7 最低 COS? ＝0.23 最高 COS?＝0.79 予升温 COS? ＝0.49 保温 COS? ＝0.23～0.49 加温 COS?＝0.72～ 0.79 2.3 中频炉一次系统图 2.4 中频炉谐波测试 电流谐波含量 A 相 30.43% B 相 27.81% C 相 29.65% 电流谐波含量如棒图 电流谐波含量针对 5、7 、11、13 次谐波数值 整流变压器侧电压和电流波形 ①电压波形在电流谐波影响下发生畸变，但不失交流正弦波基本波形，其电压畸变率以严重超标。 ②整流变压器侧电流畸变比较严重，其电流谐波畸变率达 30% 以上，由于中频炉全控整流系统调整，测 控，晶闸管性能等因素，电流谐波中杂谐波（间谐波）存在量较多，故中频炉 17 次~63 次谐波均有含量， 但由于谐波率较小，对电网及设备均无太大影响。 3.FTFC 动态无功补偿工作原理及特点 3.1 FTFC 动态无功补偿工作原理 FTFC 系列动态无功补偿滤波装置， 主要由监控终端、 开关模块、 电容器、 电抗器、 断路器、机柜等构成， 控制器采用前馈式检测（三相平衡负荷、采集单相信号；三相不平衡负荷，采集三相信号），以负载的实 时无功功率为投切物理量，应用瞬时无功控制理论及网压支持算法，在 20ms 内完成信号数据采集、计算、 及控制输出；投切开关接到投切指令后，在小于 10ms 内完成零电流投入，投切无涌流，对电网无冲击， 并且在主电路和开关中采取措施，避免了投切电容的冲击，使运行更加稳定、安全、可靠。 对于标准 5~7 次谐波含量较大的用电设备中亦采用标准型的谐波滤波装置主要适用于含有少量谐波，负