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汽車生產廠無功補償
用戶基本情況


某汽車生產企業主要生產經營企汽車產品,企業擁有4條先進生產線,生產線采用中頻加熱及變頻驅動電機,有2000KVA兩臺(并聯使用)。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、變頻器大功率1500KVA,實際功率因數為PF=0.82,工作電流2250A,諧波主要以5次、7次為主,電流總畸變率為23.6%。


電力系統情況分析


中頻爐、中頻爐、變頻器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。

可編過程控制器(PLC)對供電電壓的諧波畸變很敏感,通常要求總諧波電壓畸變率(THD)小于5%,且個別諧波電壓畸變率低于3%,較高的畸變量可導致控制設備誤動作,進而造成生產或運行中斷,導致較大的生產責任事故。

因此,應選用具有濾除諧波功能的濾波無功補償裝置對諧波濾波,對無功功率進行補償,提高功率因素。


濾波無功補償治理方案



治理目標


l濾波補償裝置設計滿足國標GB/T 14549-93標準及無功功率的管理規定。

l在0.4KV系統運行方式下,濾波補償設備投運后,中頻爐、變頻器特征諧波得到有效濾除,諧波濾除率在70%以上,月平均功率因數0.95以上。

l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、變頻器濾波無功補償設計了整套方案,綜合考慮負荷功率因數、諧波濾除,在企業變壓器0.4KV低壓側安裝一套濾波無功補償裝置對諧波進行濾除,補償無功功率提高功率因數。

中頻爐、變頻器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,即特征諧波產生5次250HZ、7次350HZ高次諧波。故在設計中頻爐、變頻器濾波無功補償時要針對250HZ、350HZ頻率設計,保證濾波補償支路在有效濾除諧波的同時補償無功功率,提高功率因數,使系統諧波符合國標GB/T 14549-93標準。


設計分配


   每套2000KVA變壓器對應的中頻爐、變頻器綜合功率因數從0.8補償到0.95以上,5次諧波自420A降到86A,7次諧波自230A降到46A,濾波補償裝置需要安裝容量為1060KVar,分6組容量進行自動投切,對應中頻爐、變頻器整流電源進行濾波補償,分為5次、7次及精補濾波補償之路自動進行投切,滿足中頻爐、變頻器濾波及無功補償的設計要求。此設計充分保證了諧波治理符合國標GB/T 14549-93標準,調節中頻爐、變頻器功率因數在0.95以上。如下圖:

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月中頻爐、變頻器濾波無功補償裝置安裝投運,裝置自動跟蹤中頻爐、變頻器負荷變化情況,事實消除高次諧波補償無功功率,提高功率因數。情況如下:

諧波頻譜分布圖

 

 負載波形圖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


每套2000KVA變壓器使用電流從2250A降為1860A,降幅為17%;補償后功率損耗減少值為WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=24×{(0.85×2000)/2000}2×0.4≈16(kw·h)式中Pd為變壓器短路損耗,為24KW,年節省電費開支16*20*30*10*0.7=6.7萬元(按每天工作20小時,每月30天,全年10個月,每度電0.7元錢);由于諧波降低節約的電費: 諧波電流對變壓器產生的損耗主要為增加鐵磁損耗和銅損,鐵磁損耗與諧波電流頻率的三次方有關,工程上一般取2%~5%,對于整流負荷,取2%,即:  WS=2000*6000*0.7*0.02≈16.8萬元,即全年節約電費(6.7+16.8)*2=47(萬元)。


功率因數情況


企業當月綜合功率因數從0.8提高到0.95,且以后每月功率因數都保持在0.96-0.98,每月都多獎勵6000-10000元不等。


結論


綜上所述中頻爐、變頻器濾波無功補償裝置具有很好的濾除諧波和補償無功的能力,解決了企業無功罰款問題,增強了變壓器的輸出能力,優化了電能質量,使用電設備性能得到了提升,降低了有功附加損耗,提升了產量,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、變頻器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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