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电炉无功补偿及谐波治理措施的探讨

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电炉无功补偿及谐波治理措施的探讨

发布日期:2017-08-24 作者: 点击:

电炉无功补偿及谐波治理措施的探讨


1.谐波对供电系统的影响


  大量高新技术企业对供电质量和可靠性具有严格的要求。在大型机器制造厂,0.1s的电压突降就可能造成异常的生产状况和质量破坏;几分之一秒的不正常供电就可能使当今自动化设备控制的连续精加工生产线造成大规模的混乱,其损失是难以估计的,这些用户对不合格电力的容许度只有1~2周波。总之非线性负荷产生的畸变波-谐波污染对电网电力设备的危害是极其严重的,主要表现在如下几个方面:(1)导致中性线电流过大,造成中性线发热甚至发生火灾;(2)加大线路损耗,使电力电缆过热、绝缘老化,电力电缆产生过负荷或过电压;(3)大大增加电网发生谐振的可能,谐振产生的过电压和过电流会引起更严重的事故;(4)变压器产生发热,损耗增加,同时降低变压器容量;(5)损害电网中的敏感用电设备;(6)使电容器过载发生,加速电容器老化和损毁;(7)对继电保护和自动控制装置产生干扰和造成误动作或拒动,造成区域性停电事故;(8)畸变电流在旋转电绕组中流通,使电机产生附加功率损耗而过热,产生脉动转矩和噪声;(9)引起计量仪表,特别是感应式电能表产生计量误差;(10)对通信、电子设备产生干扰。


  由于现有技术的局限性,电炉存在生产率降低和电能质量得不到保证的问题。作为一种特殊的非线性冲击负荷,在冶炼过程中,会产生大量谐波、负序电流,产生无功冲击并导致电压波动和闪变,冶炼功率因数低等电能质量问题,降低供电系统的可靠性,危害其他设备的安全运行,也影响电炉自身的产量、质量,使电耗、电极消耗增大,从而成为电网的主要公害之一。因此必须采取综合治理措施,提高供电电网的电能质量,达到国标和电业管理部门的规定,是决定电炉(如LF炉、电弧炉等)是否被允许生产和能否正常安全生产的关键因素。因此,积极有效地治理谐波,已经成为越来越紧迫的技术课题。


  2.电炉应用企业节电无功补偿及谐波治理的措施


  无功补偿方式很多,目前大部分采用并联电容器,由于电容器是静止的,具有无噪音、消耗量小、安装方便等优点,因此应用的比较广泛。在本行业大多采用电容器高压侧补偿或在炉前进行低压补偿这两种方式。


  2.1高压集中补偿


  高压集中补偿是将电容器安装在变电所(开关站)的35KV(66KV)或10KV的母线上,这种补偿方法只能补偿母线电源侧线路的无功功率,而对变电所(开关站)及变压器负荷侧的无功得不到补偿。其向量分析如下图所示。


  2.2低压集中补偿


  电炉的低压补偿装置,是将电容器安装在冶炼变压器的低压出线端短网上,这种补偿装置较高压补偿范围向后移到变压器的二次出线端,把变电所母线至变压器之间的线路和冶炼变压器的无功功率进行了补偿。这种补偿装置虽然比高压补偿扩大了范围,对改善供电质量起到了一定作用,但是目前常用的方法是将电炉变的二次低压通过一个升压变压器升高到上一级电压供补偿电容器用,这种补偿方式需要增加一台升压变压器,电容室,电抗器,放电线圈,冶炼变压器至升压变压器之间的铜管和维修工作量。


  电炉变压器的二次电压一般来说只有120伏~200伏左右,但某些电炉变压器的二次电压在240伏~390伏之间,而电流则高达几万安培,从变压器二次出线端至电炉电极短网的感抗很大,电压降高达20伏以上,无功损耗占的比例也很大,但这一段且未在低补范围内。


  2。3炉前低压补偿


  炉前低压补偿是将电容器安装在短网和电极铜瓦之间,它可以补偿铜瓦前所有高低压线路和变压器的无功压降,从上图可以看出,它的补偿范围大,效果好,是电炉无功补偿的优选方案。


  3. 经济效益分析


  3.1补偿后效能


  综合补偿后主要效能:吨产品平均降低电耗1%~3%;在一次电流减小的同时提高有功功率,增加产量8%~10%;消除冶炼系统电流谐波和三相功率不平衡,优化冶炼系统电能质量;提高功率因数,月功率因数罚款改变为月奖励;提高产品合格率;增大炉前变压器出力和过负荷能力。


  3.2经济效益


  3。2。1降低变压器的占有率。通过低压滤波无功补偿装置可降低变压器的占有率,变压器的电流下降,扩充变压器容量,充分发挥投资效率,减轻变压器长期超负荷的负担,延长了变压器的使用寿命,减少了日常维护费用。为企业创造了较大的效益。


  3.2.2降低有功损失。电炉变压器通过加装低压滤波补偿装置后线路中的无功电流大大减少,从而大大减少了有功损失,降低了变压器有功损失(铜损)及降低线路损失。变压器的损耗中的铜损和实际运行电流的平方成正比,所以电流的降低,变压器的有功损耗一定随之下降。线损降低率与变压器铜损降低率是29%,大大节省了线路损失,减少了系统中的有功损失,节省了电能。


  3.2.3治理谐波所产生的效益。滤除谐波,改善用电环境,提高产品质量,确保了设备正常运行。当系统存在谐波时:会增大有功损耗。谐波使设备绝缘强度降低,减少设备的使用寿命。谐波是变压器产生噪音的重要来源。谐波会增大变压器、电动机的涡流损失。由于集肤效应,谐波会增大线路、变压器的阻值,变成√h倍,这样大大增加了线路损耗,给企业造成了浪费。通过谐波治理,给企业创造了经济效益。


  3.2.4改善电压质量。在线路中电压损失△U的计算如下:△U=(P*R+Q*X)/1000U,当线路中的无功功率Q减少以后,电压损失△U也就减少了,从而稳定了线路电压,提高电压质量。


  3.2.5消除力率电费。电炉变压器未投用滤波及补偿装置前功率因数平均为0.8左右,功率因数没有达到国家标准。功率因数小于0.8时罚款比例为直接电费的5%,通过安装滤波补偿装置可消除力率电费。功率因数超过0.9,还会产生奖励电费。


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