无功补偿和滤波器【无功补偿兼三次单通滤波器的方案实施】
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时间:2019-05-06
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摘 要:通过对高次谐波的危害及提高功率因数意义的分析,针对企业的实际用电情况,提出无功补偿兼三次单通滤波器的实施方案,解决了高次谐波影响供电系统电能质量及提高供电系统功率因素的问题,并取得了一定的经济效率。 关键词:功率因数;电容器;谐波;危害 中图分类号:TM53 文献标识码:A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.04.045 【Abstract】By higher harmonic hazard and analysis of significance of improving power factor, actual electricity consumption for enterprise, made of reactive power compensation and three single-pass filter implementations solve high order harmonic effect of power supply system and improving the power factor of the power supply system of power quality problems, and have achieved a certain degree of economic efficiency. 【Key words】Power factor; Capacitors; Harmonic; Hazard 0 引 言 近年来随着我公司生产规模的不断发展,电弧炉、变压器、电动机、整流装置的应用也相应增加。与此同时,对高次谐波的控制及功率因数的降低没有及时采取相应措施,造成功率因数下降。同时产生的大量高次谐波影响供电系统电能质量。设备事故频繁,严重威胁电器设备的安全运行。针对此情况,在总变电站6kV系统设计装设两套无功功率补偿兼三次单通滤波器装置,从1993年7月投入运行至今,运行情况一直良好,取得了预期效果。 1 提高功率因数的意义 在钢铁企业中,由于采用大量电动机及变压器等用电设备,均为感性负载,因此供电系统除供给有功功率外,还需供给大量无功功率,以致发电,配电设备的能力不能充分利用。当企业功率因数偏低时,将造成下列不良影响: (1)降低了发电机的输出功率,使发电设备效率降低,发电成本提高; (2)降低了变电,输电设备的供电能力; (3)使网络电力损耗增加(网络中心电能损失与功率因数值的平方成反比); (4)功率因数愈低,线路中的电压损失也愈大,使用电设备的运行条件恶化。 水电部《供用电规则》规定:“用户必须提高自然力率(力率即功率因数),高压供电的用户必须保证力率在0.9以上,其他用户应保证在0.85以上,经过努力达不到以上规定者,应装设必要的补偿设备。”为了奖励企业提高功率因数,电力部门对大宗工业用户规定了依照月平均功率因数调整电费办法,调整电费的功率因数标准一般为0.85。但对东北超高压电网供电地区的用电设备容量在5000kW(或kVA)以上的用户及对关内电解铝、电石、电炉铁合金、电解烧碱、电炉钙镁用电,调整电费的功率因数标准为0.90。调整电费办法见表1: 芯磁化特性和磁滞现象。如电弧炉炼钢,轧钢设备,电力变压器等电器设备。由于铁芯的饱和特性,直流电机的调速、各种三相整流设备、变频器、电容器补偿、旋转电机、高频炉、电石炉等都要产生大量高次谐波。产生谐波源最严重的是电力机车,其次是电弧炉炼钢。 我厂35kV炼钢电弧炉在熔化过程中,由于反复不规则地将电极开路和短路,电阻在无穷大和零之间变化,电弧极不稳定,形成不平衡负荷,产生谐波和闪烁,造成电网电压波形畸变,熔化期电流不平衡率为:10%~50%;出现率的最大值为40%,三次谐波的大小约为电炉变压器容量的10%~30%。 表2 电弧炉熔化初期谐波电源成份 谐波问题之所以引起世界各国的高度重视,这是因为它影响供电系统和用户电气设备的正常运行,有时还造成设备损坏和运行事故,有以下十个方面: (1)使电力电容器过载或导致绝缘击穿; (2)对脉冲控制和电力线路的干扰,引起远动开关,负荷控制和测量系统的误动作; (3)感应电机和同步电机中的过渡损耗并使其发热; (4)由谐波电压和电流在网络中的谐振引起系统过电压或造成过电流; (5)由系统上的谐波过电压引起绝缘电缆的电介质击穿; (6)引起感应电度表的计量误差; (7)对继电器特别是固态电力开关设备和微机控制系统产生信号干扰和功能失误; (8)对大量的电动机控制的设备和发电厂的励磁系统产生干扰; (9)使感应电机和同步电机产生机械振荡; (10)基于电压过零的检波或寄存的触发电路的不稳定运行。 以下列举几例来说明它们危害性: 上钢一厂2300mm中板半连轧车间,直流主传动采用晶闸管整流装置供电,在6kVⅠ段和Ⅱ段母线上分别装设4320kVAr电力电容器,Δ接线,半连轧投产后,晶闸管整流装置产生的高次谐波电流的影响,致使电容器大量损坏导致车间平均功率因数下降到0.493。 衡阳钢管厂老厂区,由于Ф108、Ф114等各类轧机均为晶闸管整流供电,在35kV变电所6kV母线集中补偿电容器引起五次谐波放大2.31倍,造成PT熔丝多次熔断和烧坏以及电缆击穿故障。 湖北铝厂整流装置改造以前,电解槽采用的是12脉冲整流装置供电,使变电站10kV侧谐波电压较高,致使邻近的棉纺厂380V侧异步电动机烧毁累计达数百台,特别是7~8月的高温季节,每月烧毁电机30~40台次,严重影响了该厂的正常生产。 韶关钢铁二厂总降20000kVA带10吨电弧炉和其它动力负载,6kV母线上装设3060kVAr补偿电容器,当电炉投产后经常发生电容器膨肚和放炮事故,不到一年因损坏而退出的电容器达173台。 由此可见谐波的危害之大,我们必须积极主动预防。 我厂谐波源主要来源于电弧炉炼钢,而三次谐波最为严重,对设备影响也最大。随着负荷的增加及系统功率因数的下降都需要作补偿。根据1992年西安整流器厂咨询提供的资料表明及全厂实际用电情况,全厂总计需9000千乏电容量才能满足无功补偿及抑制高次谐波的需要,在全厂范围内12个主要分厂内装设全套动补滤波装置设备总费需200多万元。而采用中心变电站集中补偿方案,一是便于管理,占用场地少,二是资金投入少,见效快,约45万元。针对这一情况,决定在总变6kV Ⅲ、Ⅳ段各装设一组无功补偿兼三次谐波单通滤波器系统来减轻三次谐波对供电系统设备的危害。 经了解我国许多钢铁企业均上了全套滤波装置,很多运行不太正常,对于三次单通滤波器几乎均采用Y接线,但根据电力工程电气设计手册所提供的资料表明三次单通滤波器Δ接法比Y型接法要优良得多,其技术比较如下: 表4 并联电容器组接线方式技术比较
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