建材鋼棒線諧波治理補償裝置
用戶基本情況
天津某五金建材金屬制品企業主要生產經營PC鋼棒、端頭板、鍍鋅絲、改拔絲、30MnSi等產品，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，現有2000KVA兩臺（并聯使用）。供電系統圖如下：
實際運行數據
2000KVA變壓器所帶中頻爐、變頻器最大功率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、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
- 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。
- 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。
- 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
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
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
濾波補償前（電流） 濾波補償后（電流）
濾波補償前（電壓） 濾波補償后（電壓）
負載波形圖
濾波補償前（電流） 濾波補償后（電流）
濾波補償前（電壓） 濾波補償后（電壓）
功率因數曲線圖
濾波補償裝置投入后功率因數0.97左右（凸起部分為切除濾波補償裝置時功率因數只有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
綜上所述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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