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RGCM-B軋機(jī)動態(tài)濾波補償/h3>
產(chǎn)品描述
1450可逆軋機(jī) 1450型直流可逆軋機(jī)為典型案例,針對大、中、小型冶金軋鋼企業(yè),可逆直流軋機(jī)的運行特點以及由于運行工藝狀況(可逆直流晶閘管調(diào)速非線性負(fù)荷)對電網(wǎng)造成的電網(wǎng)電壓波動,電流、電壓諧波超標(biāo)嚴(yán)重,功率因數(shù)低下等電能質(zhì)量現(xiàn)象,并以詳細(xì)的設(shè)計數(shù)據(jù)及仿真模型,具體分析電能質(zhì)量的嚴(yán)重狀況,同時以詳實的企業(yè)運行實況,描述在可逆直流軋機(jī)非線性動態(tài)負(fù)荷典型工況下,諧波治理及動態(tài)無功補償方案及實施效果。并針對企業(yè)所取得的各項經(jīng)濟(jì)效益和對社會所做的貢獻(xiàn)進(jìn)行簡單的概述。1 概述隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,我國的工礦企業(yè)中,電力電子器件的大量應(yīng)用,可控、全控晶閘管作為主要開關(guān)元件,電力電子器件的整流設(shè)備,變頻、逆變等非線性負(fù)荷設(shè)備的廣泛應(yīng)用,諧波問題亦日益廣泛的提出。諸如諧波干擾、諧波放大、無功補償失效及諧波無功電流對供電系統(tǒng)的影響等。上述電力電子設(shè)備是諧波產(chǎn)生的源頭。諧波電流的危害是嚴(yán)重的,主要有以下幾個方面:?。ǎ保?諧波電流在變壓器中,產(chǎn)生附加高頻渦流鐵損,使變壓器過熱,降低了變壓器的輸出容量,使變壓器噪聲增大,嚴(yán)重影響變壓器壽命; (2) 諧波電流的趨膚效應(yīng)使導(dǎo)線等效截面變小,增加線路損耗;?。ǎ常?諧波電流使供電電壓產(chǎn)生畸變,影響電網(wǎng)上其它各種電器設(shè)備不能正常工作,導(dǎo)致自動控制裝置誤動作,儀表計量不準(zhǔn)確;?。ǎ矗?諧波電流對臨近的通訊設(shè)備產(chǎn)生干擾;?。ǎ担?諧波電流使普通電容補償設(shè)備產(chǎn)生諧波放大,造成電容器及電容器回路過熱,壽命縮短,甚至損壞;?。ǎ叮?諧波電流會引起公用電網(wǎng)中局部產(chǎn)生并聯(lián)諧振和串連諧振,造成嚴(yán)重事故及不良后果。2 工程概述2.1簡介 工廠主要設(shè)備為兩臺1450可逆軋機(jī),因采用晶閘管整流、直流可逆調(diào)速等原因造成用電諧波超標(biāo),功率因數(shù)過低,對周邊電網(wǎng)用戶造成很大諧波干擾,為此進(jìn)行設(shè)備改造以提高功率因數(shù),治理諧波,節(jié)約能源,提高電網(wǎng)質(zhì)量,降耗增容。該鋼業(yè)公司安裝了兩套動態(tài)無功補償濾波裝置,安全運行個月以來,得到客戶及當(dāng)?shù)毓╇娋值母叨日J(rèn)可系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)到0.95以上,諧波含量滿足要求。2.2工程背景該公司110KV變電站通過一臺16000KVA變壓器為兩臺1450軋機(jī)供電。該軋機(jī)因采用晶閘管整流及直流調(diào)速等原因造成用電諧波嚴(yán)重超標(biāo),功率因數(shù)過低,給用戶造成很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),同時對周邊電網(wǎng)用戶造成很大諧波干擾,為此該公司及當(dāng)?shù)毓╇娋譀Q定進(jìn)行設(shè)備改造以提高功率因數(shù),治理諧波,節(jié)約能源,提高電網(wǎng)質(zhì)量,降耗增容。2.3工程設(shè)計概要2.3.1軋機(jī)(1450)軋機(jī)運行主要參數(shù) ?。ǎ保┸垯C(jī)為長期間斷運行,根據(jù)鋼板軋制厚度要求變速變向、變輸出功率運行,運行時間大約為1~2小時/每卷帶鋼。 ?。ǎ玻┸垯C(jī)分為主軋機(jī)及左、右卷取機(jī)、開卷機(jī)等系統(tǒng)控制,獨立運行。主軋機(jī)整流變壓器容量為4000KVA,數(shù)量2臺,電壓比10KV/0.8KV*2,直流電動機(jī)2000KW ,數(shù)量4臺,電樞電壓800VDC,單臺電樞電流2174A,效率92%,負(fù)荷率80%;卷取機(jī)整流變壓器容量為 3150KVA,數(shù)量2臺,電壓比10KV/0.8KV*2,直流電動機(jī)1250KW,數(shù)量4臺,電樞電壓800VDC,單臺電樞電流1359A,效率92%,負(fù)荷率80%。2.3.2(1450)軋機(jī)諧波測試數(shù)據(jù) 1450軋機(jī)一臺主軋電動機(jī)電流諧波含量為例 表1電流諧波含量針對5、7、11、13次諧波數(shù)值 A相(基波1550A) B相(基波1625A) C相(基波1585A) 5次諧波 20.58% 318.9A 19.68% 319.8A 20.13% 319.06A 7次諧波 15.1% 235A 14.08% 228.8A 14.39% 228.08A 11次諧波 10.15% 157.32A 8.94% 145.27A 9.9% 156.9A 13次諧波 7.23% 112.06A 7.08% 115.05A 6.15% 97.47A
2.3.3設(shè)計補償方案計算 (以主軋機(jī)為例)主機(jī)直流電動機(jī)2000KW*2,電樞電壓800VDC,電樞電流2655A,效率取90%,負(fù)荷率取100%(1)基波補償容量 有功功率: P=U I =3168KW視在電流: I =I ×0.816=2655×0.816×2=4333A視在功率: S = ×U ×I = ×750×4333=5628KVA功率因數(shù): COSφ = P / S1=3168/5628=0.57無功功率: Q1= =4651KVAR實際基波補償容量:4000KVAR(2)諧波補償容量 Kvar 實際諧波補償容量:3000KVAR(3)變壓器副邊安裝容量為4500KVAR動態(tài)無功補償裝置補償后補償后無功功率: Q =4651-4000=651Kvar補償后視在功率: S = 3234kVA補償后功率因數(shù): COSφ =3168/3234=0.98 通過以上計算,該軋機(jī)變壓器補償選用我公司RGCM動態(tài)無功功率補償濾波裝置:裝置內(nèi)配置多路5次濾波器和7、11、13次濾波器,在提高功率因數(shù)的同時還按標(biāo)準(zhǔn)濾除諧波電流.通過以上仿真計算表明:5、7、11、13次諧波得到大幅度治理,使其完全符合要求。表2補償前后主軋機(jī)功率變化對比表(軋制過程三道次實測數(shù)據(jù))補償前 A相(基波1550A) B相(基波1625A) C相(基波1585A) 國標(biāo) 5次諧波 20.58% 318.9A 19.68% 319.8A 20.13% 319.06A 162A 7次諧波 15.1% 235A 14.08% 228.8A 14.39% 228.08A 115A 11次諧波 10.15% 157.32A 8.94% 145.27A 9.9% 156.9A 73A 13次諧波 7.23% 112.06A 7.08% 115.05A 6.15% 97.47A 64A 補償后 A相(基波930A) B相(基波975A) C相(基波951A) 注:國標(biāo)值是根據(jù)實際短路容量換算后值(見附件二) 5次諧波 7.7% 71.6A 8.56% 83.46A 6.39% 60.76A 7次諧波 7.31% 67.8A 6.14% 59.87A 7.72% 73.4A 11次諧波 1.65% 15.34A 2.02% 19.69A 2.74% 26.05A 13次諧波 0.94% 8.7A 0.91% 8.87A 1.31% 12.45A 補償前后電流諧波對比表(以5、7、11、13次諧波為例) 補 前 補 后 備 注 主軋主機(jī) 視在功率S 2148KVA 1316KVA 有功功率P 1224KW 1224KW 無功功率Q 1765kvar 482kvar 功率因數(shù) COSΦ=0.57 COSΦ=0.93 視在電流A 1560A 950A
通過以上數(shù)據(jù)表明;濾波裝置投入后,治理前后電流諧波下降率效果是明顯的,尤其對于5、7、11、13次諧波,針對鋼業(yè)公司選用的是6相12脈波整流變壓器,理論證明,對12脈波整流變壓器反映到一次側(cè)10KV電網(wǎng)時其5、7次電流諧波理論值應(yīng)為零。只有11、13次諧波在10KV網(wǎng)側(cè)可以記錄,但從上表記錄可以看出其值已很小,同時功率因數(shù)達(dá)到0.95以上,5、7、11、13次諧波達(dá)到要求。2.4.2 無功補償及濾波裝置投入后其經(jīng)濟(jì)效益:(1)功率因數(shù)從小于0.57提升到0.95以上,電費由每月罰款十幾萬變?yōu)槊吭陋剟顢?shù)千元。(2)諧波得到治理,大大減少了運行中電氣故障及電子元件的損壞。(3)該公司16000KVA變壓器得到增容,由另一臺16000KVA變壓器所帶的負(fù)荷均轉(zhuǎn)接到同一臺變壓器上運行,該企業(yè)停掉一臺16000KVA變壓器,該變壓器每月節(jié)省占容費約24萬元?,F(xiàn)轉(zhuǎn)接過來的各型軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)均安裝了動態(tài)無功補償及諧波治理裝置,該裝置運行以來,為客戶創(chuàng)造了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 2.5.1動態(tài)無功補償工作原理動態(tài)無功補償濾波裝置,主要由監(jiān)控終端、開關(guān)模塊、電容器、電抗器、斷路器、機(jī)柜等構(gòu)成,控制器采用前饋式檢測(三相平衡負(fù)荷、采集單相信號;三相不平衡負(fù)荷,采集三相信號),以負(fù)載的實時無功功率為投切物理量,應(yīng)用瞬時無功控制理論及網(wǎng)壓支持算法,在20ms內(nèi)完成信號數(shù)據(jù)采集、計算、及控制輸出;投切開關(guān)接到投切指令后,在小于10ms內(nèi)完成零電流投入,投切無涌流,對電網(wǎng)無沖擊,并且在主電路和開關(guān)中采取措施,避免了投切電容的沖擊,使運行穩(wěn)定、安全、可靠。
1450可逆軋機(jī)
1450型直流可逆軋機(jī)為典型案例,針對大、中、小型冶金軋鋼企業(yè),可逆直流軋機(jī)的運行特點以及由于運行工藝狀況(可逆直流晶閘管調(diào)速非線性負(fù)荷)對電網(wǎng)造成的電網(wǎng)電壓波動,電流、電壓諧波超標(biāo)嚴(yán)重,功率因數(shù)低下等電能質(zhì)量現(xiàn)象,并以詳細(xì)的設(shè)計數(shù)據(jù)及仿真模型,具體分析電能質(zhì)量的嚴(yán)重狀況,同時以詳實的企業(yè)運行實況,描述在可逆直流軋機(jī)非線性動態(tài)負(fù)荷典型工況下,諧波治理及動態(tài)無功補償方案及實施效果。并針對企業(yè)所取得的各項經(jīng)濟(jì)效益和對社會所做的貢獻(xiàn)進(jìn)行簡單的概述。
1 概述
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,我國的工礦企業(yè)中,電力電子器件的大量應(yīng)用,可控、全控晶閘管作為主要開關(guān)元件,電力電子器件的整流設(shè)備,變頻、逆變等非線性負(fù)荷設(shè)備的廣泛應(yīng)用,諧波問題亦日益廣泛的提出。諸如諧波干擾、諧波放大、無功補償失效及諧波無功電流對供電系統(tǒng)的影響等。上述電力電子設(shè)備是諧波產(chǎn)生的源頭。諧波電流的危害是嚴(yán)重的,主要有以下幾個方面:
?。ǎ保?諧波電流在變壓器中,產(chǎn)生附加高頻渦流鐵損,使變壓器過熱,降低了變壓器的輸出容量,使變壓器噪聲增大,嚴(yán)重影響變壓器壽命;
(2) 諧波電流的趨膚效應(yīng)使導(dǎo)線等效截面變小,增加線路損耗;
?。ǎ常?諧波電流使供電電壓產(chǎn)生畸變,影響電網(wǎng)上其它各種電器設(shè)備不能正常工作,導(dǎo)致自動控制裝置誤動作,儀表計量不準(zhǔn)確;
?。ǎ矗?諧波電流對臨近的通訊設(shè)備產(chǎn)生干擾;
?。ǎ担?諧波電流使普通電容補償設(shè)備產(chǎn)生諧波放大,造成電容器及電容器回路過熱,壽命縮短,甚至損壞;
?。ǎ叮?諧波電流會引起公用電網(wǎng)中局部產(chǎn)生并聯(lián)諧振和串連諧振,造成嚴(yán)重事故及不良后果。
2 工程概述
2.1簡介
工廠主要設(shè)備為兩臺1450可逆軋機(jī),因采用晶閘管整流、直流可逆調(diào)速等原因造成用電諧波超標(biāo),功率因數(shù)過低,對周邊電網(wǎng)用戶造成很大諧波干擾,為此進(jìn)行設(shè)備改造以提高功率因數(shù),治理諧波,節(jié)約能源,提高電網(wǎng)質(zhì)量,降耗增容。
該鋼業(yè)公司安裝了兩套動態(tài)無功補償濾波裝置,安全運行個月以來,得到客戶及當(dāng)?shù)毓╇娋值母叨日J(rèn)可系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)到0.95以上,諧波含量滿足要求。
2.2工程背景
該公司110KV變電站通過一臺16000KVA變壓器為兩臺1450軋機(jī)供電。
該軋機(jī)因采用晶閘管整流及直流調(diào)速等原因造成用電諧波嚴(yán)重超標(biāo),功率因數(shù)過低,給用戶造成很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),同時對周邊電網(wǎng)用戶造成很大諧波干擾,為此該公司及當(dāng)?shù)毓╇娋譀Q定進(jìn)行設(shè)備改造以提高功率因數(shù),治理諧波,節(jié)約能源,提高電網(wǎng)質(zhì)量,降耗增容。
2.3工程設(shè)計概要
2.3.1軋機(jī)(1450)軋機(jī)運行主要參數(shù)
?。ǎ保┸垯C(jī)為長期間斷運行,根據(jù)鋼板軋制厚度要求變速變向、變輸出功率運行,運行時間大約為1~2小時/每卷帶鋼。
?。ǎ玻┸垯C(jī)分為主軋機(jī)及左、右卷取機(jī)、開卷機(jī)等系統(tǒng)控制,獨立運行。
主軋機(jī)整流變壓器容量為4000KVA,數(shù)量2臺,電壓比10KV/0.8KV*2,直流電動機(jī)2000KW ,數(shù)量4臺,電樞電壓800VDC,單臺電樞電流2174A,效率92%,負(fù)荷率80%;卷取機(jī)整流變壓器容量為 3150KVA,數(shù)量2臺,電壓比10KV/0.8KV*2,直流電動機(jī)1250KW,數(shù)量4臺,電樞電壓800VDC,單臺電樞電流1359A,效率92%,負(fù)荷率80%。
2.3.2(1450)軋機(jī)諧波測試數(shù)據(jù)
1450軋機(jī)一臺主軋電動機(jī)電流諧波含量為例
表1電流諧波含量針對5、7、11、13次諧波數(shù)值
A相(基波1550A) | B相(基波1625A) | C相(基波1585A) | ||||
5次諧波 | 20.58% | 318.9A | 19.68% | 319.8A | 20.13% | 319.06A |
7次諧波 | 15.1% | 235A | 14.08% | 228.8A | 14.39% | 228.08A |
11次諧波 | 10.15% | 157.32A | 8.94% | 145.27A | 9.9% | 156.9A |
13次諧波 | 7.23% | 112.06A | 7.08% | 115.05A | 6.15% | 97.47A |
2.3.3設(shè)計補償方案計算
(以主軋機(jī)為例)
主機(jī)直流電動機(jī)2000KW*2,電樞電壓800VDC,電樞電流2655A,效率取90%,負(fù)荷率取100%
(1)基波補償容量
有功功率: P=U I =3168KW
視在電流: I =I ×0.816=2655×0.816×2=4333A
視在功率: S = ×U ×I = ×750×4333=5628KVA
功率因數(shù): COSφ = P / S1=3168/5628=0.57
無功功率: Q1= =4651KVAR
實際基波補償容量:4000KVAR
(2)諧波補償容量 Kvar
實際諧波補償容量:3000KVAR
(3)變壓器副邊安裝容量為4500KVAR動態(tài)無功補償裝置補償后
補償后無功功率: Q =4651-4000=651Kvar
補償后視在功率: S = 3234kVA
補償后功率因數(shù): COSφ =3168/3234=0.98
通過以上計算,該軋機(jī)變壓器補償選用我公司RGCM動態(tài)無功功率補償濾波裝置:
裝置內(nèi)配置多路5次濾波器和7、11、13次濾波器,在提高功率因數(shù)的同時還按標(biāo)準(zhǔn)濾除諧波電流.
通過以上仿真計算表明:5、7、11、13次諧波得到大幅度治理,使其完全符合要求。
表2補償前后主軋機(jī)功率變化對比表(軋制過程三道次實測數(shù)據(jù))
補償前 | A相(基波1550A) | B相(基波1625A) | C相(基波1585A) | 國標(biāo) | |||||||
5次諧波 | 20.58% | 318.9A | 19.68% | 319.8A | 20.13% | 319.06A | 162A | ||||
7次諧波 | 15.1% | 235A | 14.08% | 228.8A | 14.39% | 228.08A | 115A | ||||
11次諧波 | 10.15% | 157.32A | 8.94% | 145.27A | 9.9% | 156.9A | 73A | ||||
13次諧波 | 7.23% | 112.06A | 7.08% | 115.05A | 6.15% | 97.47A | 64A | ||||
補償后 | A相(基波930A) | B相(基波975A) | C相(基波951A) | 注:國標(biāo)值是根據(jù)實際短路容量換算后值(見附件二) | |||||||
5次諧波 | 7.7% | 71.6A | 8.56% | 83.46A | 6.39% | 60.76A | |||||
7次諧波 | 7.31% | 67.8A | 6.14% | 59.87A | 7.72% | 73.4A | |||||
11次諧波 | 1.65% | 15.34A | 2.02% | 19.69A | 2.74% | 26.05A | |||||
13次諧波 | 0.94% | 8.7A | 0.91% | 8.87A | 1.31% | 12.45A | |||||
補償前后電流諧波對比表(以5、7、11、13次諧波為例) | |||||||||||
補 前 | 補 后 | 備 注 | |||||||||
主軋主機(jī) | 視在功率S | 2148KVA | 1316KVA | ||||||||
有功功率P | 1224KW | 1224KW | |||||||||
無功功率Q | 1765kvar | 482kvar | |||||||||
功率因數(shù) | COSΦ=0.57 | COSΦ=0.93 | |||||||||
視在電流A | 1560A | 950A | |||||||||
通過以上數(shù)據(jù)表明;濾波裝置投入后,治理前后電流諧波下降率效果是明顯的,尤其對于5、7、11、13次諧波,針對鋼業(yè)公司選用的是6相12脈波整流變壓器,理論證明,對12脈波整流變壓器反映到一次側(cè)10KV電網(wǎng)時其5、7次電流諧波理論值應(yīng)為零。只有11、13次諧波在10KV網(wǎng)側(cè)可以記錄,但從上表記錄可以看出其值已很小,同時功率因數(shù)達(dá)到0.95以上,5、7、11、13次諧波達(dá)到要求。
2.4.2 無功補償及濾波裝置投入后其經(jīng)濟(jì)效益:
(1)功率因數(shù)從小于0.57提升到0.95以上,電費由每月罰款十幾萬變?yōu)槊吭陋剟顢?shù)千元。
(2)諧波得到治理,大大減少了運行中電氣故障及電子元件的損壞。
(3)該公司16000KVA變壓器得到增容,由另一臺16000KVA變壓器所帶的負(fù)荷均轉(zhuǎn)接到同一臺變壓器上運行,該企業(yè)停掉一臺16000KVA變壓器,該變壓器每月節(jié)省占容費約24萬元?,F(xiàn)轉(zhuǎn)接過來的各型軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)均安裝了動態(tài)無功補償及諧波治理裝置,該裝置運行以來,為客戶創(chuàng)造了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
2.5.1動態(tài)無功補償工作原理
動態(tài)無功補償濾波裝置,主要由監(jiān)控終端、開關(guān)模塊、電容器、電抗器、斷路器、機(jī)柜等構(gòu)成,控制器采用前饋式檢測(三相平衡負(fù)荷、采集單相信號;三相不平衡負(fù)荷,采集三相信號),以負(fù)載的實時無功功率為投切物理量,應(yīng)用瞬時無功控制理論及網(wǎng)壓支持算法,在20ms內(nèi)完成信號數(shù)據(jù)采集、計算、及控制輸出;投切開關(guān)接到投切指令后,在小于10ms內(nèi)完成零電流投入,投切無涌流,對電網(wǎng)無沖擊,并且在主電路和開關(guān)中采取措施,避免了投切電容的沖擊,使運行穩(wěn)定、安全、可靠。