滤波补偿装置在热轧钢生产线的应用

行业应用

滤波补偿装置在热轧钢生产线的应用

用户情况介绍

河北某金属制品有限公司是专业生产热轧钢的专业厂家，生产线主要设备为大型直流电机，直流电机整流属于典型谐波源，产生大量谐波，造成补偿电容器无法正常投入运行且电容器再投入后造成谐波放大，用电设备运转故障率高，电容器经常烧毁，功率因数仅为0.65，每月产生无功罚款2.5万元左右，变压器温度在夏季达72度，造成电能浪费，寿命缩短。

一、轧钢生产线概述

轧钢生产线车间以0.4kV电压供电，其主要负荷为6脉动整流，整流设备在工作中在把交流变为直流的同时产生大量的谐波，属典型谐波源；谐波电流注入电网，在电网阻抗上产生谐波电压，引起电网电压电流畸变，影响供电质量及运行安全，使线路损耗及电压偏移增加，对电网和工厂本身电气设备均会产生不良的影响。

特征谐波分析

1）轧钢生产线的整流装置为6脉动可控整流；

2）整流装置所产生的谐波为6K+1次奇次谐波，采用傅立叶级数对电流进行分解变换，可知电流波形含有6K±1次高次谐波，根据对热轧钢生产线的测试数据，其谐波电流含有量见下表：

6脉动桥式换流器谐波电流含有量：（In/I1）

直流电机在工作过程中，产生大量的谐波，针对测试及计算结果，特征谐波主要以5次、7次，谐波电流比较大，电压电流畸变严重。

二、供电系统及数据

公司由一路10KV进线，厂内安装2000KVA整流变压器2台，电压等级为0.4KV，2台整流变压器分别带2条轧钢生产线，如下

三、滤波补偿装置设计依据

1、根据电能质量公用电网谐波 GB/T14549-1993

2、根据电能质量电压波动和闪变 GB12326-2000

3、根据供电系统阻抗和相关参数

4、根据现场测量结果及仿真计算

四、治理方案

1、治理目标

根据企业实际情况，我公司针对热轧钢生产线谐波治理设计了整套滤波方案，综合考虑负荷功率因数、谐波吸收和背景谐波，在企业2台变压器2000KVA低压侧各安装一套谐波滤波装置对谐波进行治理，原有电容补偿柜退出运行。

滤波装置谐波电流的设计满足国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的管理规定。

●在0.4KV系统运行方式下，滤波设备投运后，滤波器吸收点处某次谐波的幅值及含有量都有大幅度下降，功率因数0.95以上。

●不因为投入滤波装置而引起某次谐波的谐振或谐振过电压、过电流。

2、方案确定

由于直流电机在工作过程中谐波较大，如5次谐波达到了基波电流的21%，对电网、设备本身和其它用户都造成了不同程度的影响。另外，考虑设备的功率因数特点，在设计时要做到谐波消除补偿无功提高功率因数等。

针对设备的特性本方案采用滤波兼无功补偿的方式，它的主要作用：改善供电系统的稳定性；抑制谐波电流以减少谐波造成的危害，提高功率因数。

热轧钢生产线工作过程负荷变化比较频繁，谐波含量大，功率因数特别低。从测试数据看主要谐波成分是5次、7次其中以5次谐波为主，电压畸变严重。综上因素考虑滤波装置设计5次、7次两条LC滤波主吸收支路及10条精补滤波之路，吸收5、7次及以上次数的谐波同时补充功率无功提高功率因数。方案采用仿真法对各回路投入时是否产生非特征频率的谐振进行分析，并确定回路的参数；还采用80C196单片机为核心的微电脑动态补偿控制器，主回路采用电力半导体晶闸管无触点开关投切滤波支路的控制方式，自动投切，可以连续频繁投切滤波补偿支路，而不影响开关和电容器的寿命。

3、技术特点

●针对用户系统谐波无功专门设计制造，消除特性谐波补偿无功功率，滤波效果明显。

●对于5、7次谐波电流吸收率达到85%以上，谐波满足 GB/T14549-93要求。

●根据谐波源的特性设定滤波器的投切方式和控制策略。

●检测系统情况，按照负荷的无功电流、谐波电流进行实现跟踪。

●使受电功率因数提高到0.95以上，降低配电网的线损、增加配电变压器的承载效率。

●补偿过程中电网电压波动满足国家标准GB/12326-90要求，即：满负荷到轻负荷补偿变化引起的一次侧电压波动≤2.5%。

●装置保护措施：过电压保护、过电流保护、欠电压保护、接地保护、过热保护。

●系统不产生无线电（射频）电磁干扰。

●运行方式：全自动，连续工作。

供电系统及滤波原理