濾波補償裝置在預(yù)應(yīng)力鋼棒熱處理生產(chǎn)線的應(yīng)用

用戶情況概述

    天津某金屬制品公司鋼棒生產(chǎn)線采用中頻加熱系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波，使無功補償電容器無法正常投入運行，整體功率因數(shù)在0.75左右，年無功利率電費在26.3萬，生產(chǎn)線電氣設(shè)備受諧波影響故障率高，變壓器噪音及溫度高，夏季溫度達70度。

一、預(yù)應(yīng)力鋼棒概述

高強度預(yù)應(yīng)力鋼棒熱處理生產(chǎn)線，又稱管樁鋼絲（PC鋼棒）熱處理生產(chǎn)線。它是由放線裝置、矯直裝置、牽引裝置、淬火裝置、回火裝置、剪切裝置、收線裝置等組成的機械系統(tǒng)，及由多臺工作在不同頻率的大功率感應(yīng)加熱電源裝置、自動控制和配電操作裝置等共同組合的機電一體化感應(yīng)熱加工成套設(shè)備；主要應(yīng)用于冶金建材、金屬制品等行業(yè)；是管樁鋼絲、鐵路軌枕鋼絲、及多種線纜材料感應(yīng)熱處理加工的成套生產(chǎn)設(shè)備。

    預(yù)應(yīng)力鋼棒熱處理生產(chǎn)線中頻電源以0.4kV電壓供電，其主要負荷為6脈動整流，整流設(shè)備在工作中在把交流變?yōu)橹绷鞯耐瑫r產(chǎn)生大量的諧波，同時消耗大量的無功功率。諧波電流注入電網(wǎng)，在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓，引起電網(wǎng)電壓電流畸變，影響供電質(zhì)量及運行安全，使線路損耗及電壓偏移增加，對電網(wǎng)和工廠本身電氣設(shè)備均會產(chǎn)生不良的影響。

1） 中頻電源的整流裝置為6脈動可控整流；

2） 整流裝置所產(chǎn)生的諧波為6K+1次奇次諧波，采用傅立葉級數(shù)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(jù)對中頻爐的測試數(shù)據(jù)，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）

二、供電系統(tǒng)及數(shù)據(jù)

公司由一路10KV進線，廠內(nèi)安裝800KVA整流變壓器2臺，500KVA整流變壓器3臺，均為10KV/0.4KV。5臺整流變壓器分別帶3條預(yù)應(yīng)力鋼棒熱處理生產(chǎn)線，如下圖：

三、濾波補償裝置設(shè)計依據(jù)

1、根據(jù)電能質(zhì)量　　公用電網(wǎng)諧波　　　　GB/T14519-1993

2、根據(jù)電能質(zhì)量　　電壓波動和閃變　　　GB12326-2000

3、根據(jù)供電系統(tǒng)阻抗和相關(guān)參數(shù)

4、根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果及仿真計算

四、治理方案

1、 治理目標

    根據(jù)企業(yè)實際情況，我公司針對鋼棒生產(chǎn)線諧波治理設(shè)計了整套濾波方案，綜合考慮負荷功率因數(shù)、諧波吸收需要和背景諧波，在企業(yè)每臺變壓器 0.4KV低壓側(cè)各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(shè)計滿足國標GB/T14549-93《電能質(zhì)量　公用電網(wǎng)諧波》的管理規(guī)定。

l 在0.4KV系統(tǒng)運行方式下，濾波設(shè)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(shù)0.95以上。

l 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

由于鋼棒生產(chǎn)線中頻加熱在工作過程中諧波較大，諧波在整個供電系統(tǒng)中環(huán)流，對電氣設(shè)備、電網(wǎng)本身都造成了不同程度的影響。另外，考慮設(shè)備的功率因數(shù)特點，在設(shè)計時要做到諧波消除補償無功提高功率因數(shù)等。

針對設(shè)備的特性本方案采用濾波兼無功補償?shù)姆绞?，它的主要作用：改善供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性；抑制諧波電流以減少諧波造成的危害。

鋼棒生產(chǎn)線工作過程負荷相對比較穩(wěn)定，諧波含量大，功率因數(shù)低。從測試數(shù)據(jù)看主要諧波成分是5次 、7次、11次、13次其中以5次諧波為zui大，電壓畸變嚴重。綜上因素考慮濾波裝置設(shè)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(shù)的諧波。方案采用仿真法對各回路投入時是否產(chǎn)生非特征頻率的諧振進行分析，并zui終確定回路的參數(shù)。

3、技術(shù)特點

l 針對用戶系統(tǒng)諧波無功專門設(shè)計制造，消除特性諧波補償無功功率，濾波效果明顯。

l 對于5、7、11次諧波電流吸收率達到85%以上，諧波滿足  GB/T14549-93要求。  

l 根據(jù)諧波源的特性設(shè)定濾波器的投切方式和控制策略。 

l 檢測系統(tǒng)情況，按照負荷的無功電流、諧波電流進行實現(xiàn)跟蹤。  
使受電功率因數(shù)提高到0.95以上，降低配電網(wǎng)的線損、增加配電變壓器的承載效率。

l 補償過程中電網(wǎng)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(cè)電壓波動≤2.5%。

l 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。

l 系統(tǒng)不產(chǎn)生無線電（射頻）電磁干擾。

l 運行方式：全自動，連續(xù)工作。

l 供電系統(tǒng)及濾波原理圖：

五、治理效果

六、結(jié)論

1、濾波補償裝置投入運行，自動跟蹤鋼棒生產(chǎn)線的負載設(shè)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5%的限值要求。經(jīng)治理, 電壓總畸變率（THD）從原來的9.6%,降止2.8%,各次諧波都符合國標GB/T 14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》標準要求。

3、經(jīng)治理諧波電流都得到有效改善，未投入5、7、11次的諧波電流都超標，投入后超標的各次諧波電流吸收率都大于80%以上，符合設(shè)備設(shè)計要求。如5次諧波電流從184A,降止22A左右; 7次諧波電流從102A,降止11A左右， 11次諧波電流從40A,降止6A左右，注入公共點的各次諧波電流均符合國標GB/T 14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》要求。

4、濾波裝置投入后系統(tǒng)的功率因數(shù)得到大幅提高，供電系統(tǒng)0.4KV側(cè)從原來的0.75左右提到0.95以上,有功功率、視在功率、無功功率都得到節(jié)省，有效降低用電設(shè)備和供電線路的損耗。

5、諧波治理后變壓器溫度由原來的72度降低到45度，節(jié)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鋼棒生產(chǎn)線的供電電能質(zhì)量，提高了電氣設(shè)備的利用效率,有利于系統(tǒng)的長期安全、經(jīng)濟運行,產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。