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行業應用

濾波補償裝置在電弧爐的應用

河北某鑄造公司主要設備為電弧爐,電弧爐屬于典型諧波源,產生大量諧波,造成補償電容器無法正常投入運行,功率因數達不到供電要求的0.9以上,每月產生無功罰款1.2萬元左右,變壓器溫度在夏季達75度,造成電能浪費,壽命縮短。

一、概述

  電弧爐由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料,使得燃燒不穩定,引起三相負荷不平衡,產生諧波電流,經變壓器的三角形連接線圈而注入電網。其中主要是2- 7次的諧波,平均可達基波的8%- 20%,可達45%。 嚴重影響電網的電能質量。 

二、電弧爐的工作特點

利用電極電弧產生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。氣體放電形成電弧時能量很集中,弧區溫度在3000℃以上。對于熔煉金屬,電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大,能有效地除去硫、磷等雜質,爐溫容易控制,設備占地面積小,適于優質合金鋼的熔煉。電弧爐按電弧形式可分為三相電弧爐、自耗電弧爐、單相電弧爐和電阻電弧爐等類型。電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成,爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內輸入電能,以電極端部和爐料之間發生的電弧為熱源進行煉鋼。電弧爐以電能為熱源,可調整爐內氣氛,對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利。 電弧爐煉鋼發明后不久,就用于冶煉合金鋼,并得到較大的發展、贊同

三、基礎數據及系統圖

1、變壓器參數:額定容量8000KVA。

2、實際運行參數:10KV側視在功率S=2508-7794KVA,工作電流I=144A-450A,功率因數0.68

3、供電系統圖:

四、濾波補償裝置設計依據 
1
、根據電能質量  公用電網諧波    GB/T14549-1993 
2
、根據電能質量  電壓波動和閃變   GB12326-2000 
3
、根據供電系統阻抗和相關參數 
4
、根據現場測量結果及仿真計算 

五、治理方案 

1
、 治理目標 
    
根據企業實際情況,我公司針對電弧爐諧波治理設計了整套濾波方案,綜合考慮負荷功率因數、諧波吸收需要和背景諧波,在企業變壓器8000KVA 10KV高壓側安裝一套諧波濾波裝置對諧波進行治理。 
濾波裝置諧波電流的設計滿足國標GB/T14549-93《電能質量 公用電網諧波》的管理規定。 
 10KV系統運行方式下,濾波設備投運后,濾波器吸收點處某次諧波的幅值及含有量都有大幅度下降,功率因數0.95以上。 
不因為投入濾波裝置而引起某次諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。 

2
、方案確定 
由于電弧爐在工作過程中諧波較大,如23次諧波達到了基波電流的33.5%,對電網、設備本身和其它用戶都造成了不同程度的影響。另外,考慮設備的功率因數特點,在設計時要做到諧波消除補償無功提高功率因數等。 
針對設備的特性本方案采用濾波兼無功補償的方式,它的主要作用:改善供電系統的穩定性;抑制諧波電流以減少諧波造成的危害。 
設計時要考慮各濾波支路不會對高次諧波放大,從測試數據看主要諧波成分是2 、3次、4次、5次其中以2次和3次諧波為主,電壓畸變嚴重。綜上因素考慮濾波裝置設計2次、3次、兩條LC濾波支路,吸收2、3次及以上次數的諧波。方案采用仿真法對各回路投入時是否產生非特征頻率的諧振進行分析,并確定回路的參數。 

3、技術特點 
針對用戶系統諧波無功專門設計制造,消除特性諧波補償無功功率,濾波效果明顯。 
對于2、3次諧波電流吸收率達到75%以上,諧波滿足  GB/T14549-93要求。   
根據諧波源的特性設定濾波器的投切方式和控制策略。  
檢測系統情況,按照負荷的無功電流、諧波電流進行實現跟蹤。   
使受電功率因數提高到0.95以上,降低配電網的線損。 
補償過程中電網電壓波動滿足國家標準GB/12326-90要求,即:滿負荷到輕負荷補償變化引起的一次側電壓波動≤2.5%。 
裝置保護措施:過電壓保護、過電流保護、欠電壓保護、接地保護、 過熱保護。 
系統不產生無線電(射頻)電磁干擾。 
運行方式:全自動,連續工作。 

供電系統及濾波原理圖:



六、治理效果


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)


七、結論 

1、濾波補償裝置投入運行,自動跟蹤電弧爐的各種負載設備變化,使各次諧波得到有效濾除。 

2、未治理前電壓總畸變率(THD)嚴重超出國標4%的限值要求。經治理, 電壓總畸變率(THD)從原來的6.8%,降止2.4%,各次諧波都符合國標GB/T 14549-93《電能質量 公用電網諧波》標準要求。 

3、經治理諧波電流都得到有效改善,未投入2、3次的諧波電流都嚴重超標,投入后超標的各次諧波電流吸收率都大于80%以上,符合設備設計要求。注入公共點的各次諧波電流均符合國標GB/T 14549-93《電能質量 公用電網諧波》要求。 

4、濾波裝置投入后系統的功率因數得到大幅提高,供電系統10KV側從原來的0.68左右提到0.95以上,有效降低供電線路的損耗。 

5、諧波治理后變壓器溫度由原來的75度降低到50度,節省了大量電能,變壓器使用壽命延長。 

6、通過治理后有效改善了供電電能質量,提高了利用率,有利于系統長期安全經濟運行帶來經濟效益的提升。