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閥門廠中頻爐
用戶基本情況

河北某閥門鑄造企業主要生產各種閥門產品,企業生產設備有2噸中頻爐一套,使用2000KVA(10KV/0.75KV)專業變壓器供電,配備電容補償柜兩臺容量為600KVAR,1噸中頻爐一套,使用800KVA(10KV/0.4KV)專業變壓器供電,配備電容補償柜1臺容量為300KVAR,。供電系統圖如下:

供電系統圖


實際運行數據


2000KVA變壓器所帶中頻爐視在功率700KVA-2100KVA,有功功率為P=280KW-1930KW,無功功率為Q=687KAR-830KAR,功率因數為PF=0.4-0.92,工作電流I=538A-1660A,800KVA變壓器所帶中頻爐視在功率200KVA-836KVA,有功功率為P=60KW-750KW,無功功率為Q=190KAR-360KAR,功率因數為PF=0.3-0.9,工作電流I=288A-1200A。由于電容補償柜不能投入運行(自動補償不工作,手動投入使用時電容器出現噪音異響,斷路器跳閘,電容器出現鼓肚、漏油、炸裂現象,所以無法使用),故使月綜合功率因數為PF=0.78,月利率調整電費3.2萬元。


電力系統情況分析

中頻電爐整流電源主要負荷為6脈動整流,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。

當無功補償電容器組投入時,由于電容器組的諧波阻抗小,大量的諧波注入電容器組,使電容器電流迅速增大,嚴重影響其使用壽命,另一方面當電容器組的諧波容抗與系統等效諧波感抗相等而發生諧振時,引起諧波電流嚴重放大(2-10倍)使電容器過熱而損壞,同時,諧波使工頻正弦波形發生畸變,產生鋸齒狀尖頂波,易在絕緣介質中引發局部放電,長時間的局部放電也會加速絕緣介質的老化,而容易導致電容器損壞。因此,電容無功補償柜不能應用于中頻爐的補償,應選用具有抑制諧波功能的濾波無功補償裝置。


無功補償治理方案
治理目標

濾波補償裝置設計滿足抑制諧波及無功功率的管理規定。

0.75KV及0.4KV系統運行方式下,濾波補償設備投運后,諧波得到抑制月平均功率因數0.95以上。

不因為投入濾波補償支路而引起諧波的諧振或諧振過電壓、過電流。


設計遵循標準

電能質量  公用電網諧波    GB/T14519-1993

電能質量  電壓波動和閃變   GB12326-2000

低壓無功功率補償裝置總技術條件 GB/T 15576-1995

低壓無功就地補償裝置       JB/T 7115-1993

無功補償技術條件;JB/T9663-1999《低壓無功功率自動補償控制器》

低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值   GB/T 17625.7-1998  

電工術語 電力電容器  GB/T 2900.16-1996

低壓并聯電容器     GB/T 3983.1-1989

電抗器            GB10229-88

電抗器          IEC 289-88

低壓無功補償控制器定貨技術條件 DL/T597-1996

低壓電器外殼防護等級  GB5013.1-1997

低壓成套開關設備和控制設備  GB7251.1-1997


設計思路

根據企業實際情況,我公司針對中頻爐濾波無功補償設計了整套方案,綜合考慮負荷功率因數、諧波抑制,在企業變壓器0.75KV、0.4KV低壓側安裝一套濾波無功補償裝置對諧波進行抑制,補償無功功率提高功率因數。

中頻爐工作過程中整流裝置產生6K+1次諧波,采用傅立葉級數對電流進行分解變換,即產生5次250HZ、7次350HZ及以上高次諧波。故在設計中頻爐濾波無功補償時要針對250HZ、350HZ及以上頻率設計,保證濾波補償支路在有效抑制諧波的同時補償無功功率,提高功率因數。


設計分配

   2000KVA變壓器對應的2噸中頻爐綜合功率因數從0.78補償到0.95以上濾波補償裝置需要安裝容量為820KVar,分6組容量進行自動投切,分別對應變壓器低壓側的繞組進行補償,分級調節容量為60KVAR,能夠適應中頻爐的各種功率要求;800KVA變壓器對應的1噸中頻爐綜合功率因數從0.78補償到0.95以上濾波補償裝置需要安裝容量為360KVar,分6組容量進行自動投切,分級調節容量為50KVAR,能夠適應中頻爐的各種功率要求。此設計充分保證了調節功率因數在0.95以上。

安裝濾波補償后效應分析

安裝濾波補償后效應分析


2010年6月初中頻爐濾波無功補償裝置安裝投運,裝置自動跟蹤中頻爐負荷變化情況,事實補償無功功率,提高功率因數。情況如下:

濾波補償裝置投入后功率 

濾波補償裝置投入后功率因數變化曲線圖0.97左右(凸起部分為切除濾波補償裝置時功率因數0.8左右)


負載運行情況

2000KVA變壓器使用電流從1530A降為1210A,降幅為21%;800KVA變壓器使用電流從1140A降為920A,降幅為19.3%,相當于變壓器運行容量降低了20%,即560KVA容量,補償后功率損耗減少值為WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=24×{(0.78×2800)/2800}2×0.4≈15(kw·h)式中Pd為變壓器短路損耗,為24KW,月節省電費開支15*8*30*0.7=2520元(按每天工作8小時,每月30天,每度電0.7元錢)。


功率因數情況

企業當月綜合功率因數從0.78提高到0.97,月無功利率電費調整為0,由罰款變為獎勵4680元,且以后每月功率因數都保持在0.97-0.98,每月都獎勵3000-5000元不等。


結論

綜上所述中頻爐濾波無功補償裝置具有很好的抑制諧波和補償無功的能力,解決了企業長時間承受利率電費罰款的難題,增強了變壓器的輸出能力,為企業帶來了顯著的經濟效益,用戶投資不到一年就收回了投資。因此企業對我公司生產的中頻爐濾波無功補償非常滿意,并在以后給介紹了不少客戶。


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