廣東光達電氣有限公司

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中頻爐諧波治理和無功補償方案

廣東光達電氣有限公司專業為企業量身定制諧波治理方案，具有多年行業無功補償兼諧波治理經驗，多項產品獲得國家專利。尤其在中頻爐諧波治理方面有獨到的見解。　　　

諧波分為三類，即零序、負序、和正序。零序的諧波如3次，6次，9次，12次，……，產生不變的磁場，使變壓器、用電負載、線纜等的磁性損耗大大的增高，特別是造成中性線（零線）過流（是正常電流的3～20倍），并轉化為高熱而損失電能或產生事故。負序的諧波如2次，5次，8次，11次，……，產生反方向的旋轉磁場，使轉動設備力矩下降，浪費動力而損失電能；正序的諧波如4次，7次，10次，13次，……，則產生間歇正向磁場，使轉動設備轉速不穩并與負序分量一起，造成設備的振動和抖動。 諧波的存在使電力設備損耗增加、壽命縮短、絕緣老化、溫度升高。高次諧波的存在對通訊系統工程產生干擾。對自動化產生誤動作。加大計量誤差。影響設備正常運行。當電網安裝有補償電容時，問題尤其嚴重。高次諧波可能因電容器組的配置而造成系統諧波放大，產生并聯或串聯諧振。損壞供、用電設備，或者進入電容器組,造成電容器組過載而發生擊穿報廢。　　　

中頻電爐屬于典型諧波源，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。

一、中頻電爐概述

某鑄造公司主要設備為中頻電爐，中頻電爐屬于典型諧波源，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。

中頻電爐鑄造車間以0.66KV電壓供電，其主要負荷為6脈動整流中頻爐，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。 三相橋式全波整流電路將工頻50HZ整流成脈動的直流電，可以調節的直流電壓UD，來調節負載電流。LD為濾波電抗，是把工頻和中頻網絡隔開，并把直流電流濾成平化的波形。逆變電路是8只晶閘管組成單相橋式逆變電路，它將直流電流逆變為交流中頻電流，并將它送入負載。負載電路是爐圈與電熱電容組成并聯諧振。逆變電路的輸出頻率受負載電路振蕩頻率控制，工作在略高于負載振蕩頻率。 并聯變頻電路對負載的適應能力特別強，是當前應用最廣泛的一種電路，主要是用作中頻熔煉和透熱的電源。

特征諧波分析

1）中頻爐的整流裝置為6脈動可控整流；

2）整流裝置所產生的諧波為6K＋1次奇次諧波，采用傅立葉級數對電流進行分解變換，可知電流波形含有6K±1次高次諧波，根據對中頻爐的測試數據，其諧波電流含有量見下表： 6脈動橋式換流器諧波電流含有量：（IN／I1） 諧波次數5，7，11，13，17，19，23，25 諧波含量0.23，0.11，0.08，0.07，0.02，0.01，0.007，0.006 中頻爐在工作過程中，產生大量的諧波，針對中頻爐的測試及計算結果，特征諧波主要以5次為最大，7次，11次，13次諧波電流比較大，電壓電流畸變嚴重。

二、基礎數據

1、中頻爐參數：中頻爐由一臺變壓器獨立供電，容量為2噸，視在功率S＝2000KVA，有功功率為P＝1800KW，無功功率為Q＝1020KAR，功率因數為PF＝0.87，供電電壓U＝660V，工作電流I＝1750A。

2、變壓器參數：變壓器型號為S11－2500KVA，電壓為10000V／660V，額定電流為I＝2186A。

3、實際運行參數：視在功率S＝700KVA－2200KVA，有功功率為P＝600KW－2000KW，無功功率為Q＝550KAR－1150KAR，功率因數為PF＝0.6－0.93，工作電流I＝430A－1924A

三、濾波補償裝置設計依據

1、根據電能質量公用電網諧波GB／T14519－1993

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

四、諧波治理方案

1、諧波治理目標 根據企業實際情況，廣東光達電氣有限公司針對中頻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2500KVA0.66KV低壓側安裝一套諧波濾波補償裝置ZMSFGD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。

2、諧波治理方案確定 由于中頻爐在工作過程中諧波較大，如5次諧波達到了基波電流的21.5％，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。 中頻爐工作過程可分為初加熱過程和正常工作過程，初加熱過程持續時間短，但高次諧波比較豐富，設計時要考慮各濾波支路不會對高次諧波放大，而在整個過程中正常工作占大部分時間，其中正常工作過程時電流大，諧波含量大。從測試數據看主要諧波成分是5次、7次、11次、13次其中以5次諧波為最大，電壓畸變嚴重。綜上因素考慮濾波裝置設計5次、7次、11次三條LC濾波支路，吸收5、7、11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，并最終確定回路的參數。

3、技術特點

◆在0.66KV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