专题讨论:中频炉谐波测量及治理改造

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  本文就国内使用非常广泛的中频炉谐波治理情况,叙述了测试概况、测试依据、测试仪器、测试方法、测试内容及结果、测试结论等,并提出了谐波治理措施的建议。

    1 测试概况
    为了查明某市非线性负荷的谐波污染情况,为今后谐波治理提供依据,2003年8月2日我们在某市供电局用电科有关同志配合下对江丰钢业有限公司1.5吨中频电炉进行了谐波调查测试。该厂由35kV大青变的10kV配电线路供电,其高压配电结线简图如附图1所示。与中频电炉配套的配电变压器的主要有关参数如下:型号为S9-1250/10,额定电压 10kV±5%/750V,10kV侧额定电流为72.2A,短路阻抗5.46%。中频炉由浙江省某市中频电炉有限公司制造。测试了炼一炉钢的全过程中产生的谐波电流。测试结果表明,目前省内普遍使用的中频电炉的5次、7次谐波电流超标严重,值得引起各有关管理部门重视。

    2 测试依据
    (1) 国标GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》;
    (2) 原电力工业部的《电网电能质量技术监督管理规定》;
    (3) 浙江省电力工业局电能质量监督实施细则(试行)。

    3 测试仪器
    DZ-4 电能质量分析仪;以上仪器的技术规范符合谐波国标对谐波测试仪器的精度要求。

    4 测试方法
    4.1 测量信号的抽取:电压信号因无法抽取信号暂未测量;电流信号取自被测10kV线路测量CT的二次回路试验端子接入电能质量分析仪的电流输入端,CT变比为100/5。
    4.2 测量仪器的设置:用DZ-4电能质量分析仪测量;将仪器设置为自动定时测量方式,每两次测量间隔为一分钟,设置谐波次数为第2次--~25次,进行一炉炼钢周期的连续谐波测量。
    4.3 数据处理方法:测量完毕后利用仪器的后台分析功能,对定时测量的存盘数据文件作统计分析,得到各次谐波的95%概率值、最大值、最小值和平均值,并以最大相的95%概率值作为最终测量结果,与国标的限值或允许值比较来确定谐波电流是否超标。

    5 测试内容及结果
    5.1 10kV侧谐波电流的测量统计分析结果
    测量统计分析结果如表1所示。
    5次 超标6.36倍
    7次 超标3.57倍
    11次 超标1.45倍
    13次 超标83%
    23次 超标2.38倍
    25次 超标2.55倍
    总谐波含量 18.71
    注:上表中的国标谐波电流允许值系按国标在基准短路容量下的允许值按国标中提供的公式换算后求得。换算的计算参数为:公共连接点(35kV大青变10kV母线)最小短路容量49.44MVA;公共连接点的供电设备容量8MVA;用户的用电协议容量1.25MVA.
    5.2 将10kV侧谐波电流统计结果折算到750V侧的谐波电流及5.3典型的波形 (略)

    6 测试结论
    6.1 该公司1.5吨中频电炉在在正常开炉冶炼过程中,在配变10kV侧的主导谐波电流是5次、7次、11次等六脉动整流的特征谐波,其中5次谐波电流最大值达16.7A,95%概率值为15.5A,超标6.36倍;7次谐波电流最大值为9.093A, 95%概率值为9.003A,超标3.57倍;11次谐波电流最大值达6.762A,95%概率值为3.964A,超标1.45倍;23次和25次谐波电流的95%概率值分别为2.969A和2.841A,分别超标2.38倍和2.55倍;总的谐波电流最大值为20.98A,95%概率值为18.71A。可见5次和7次谐波电流严重超标,11次,23次和25次超标也比较严重。
    6.2 将10kV侧折算到750V侧5次谐波电流最大值达222.7A,95%概率值为206.7A;7次谐波电流最大值为121.2A,95%概率值为120.0A;11次谐波电流最大值达90.2A,95%概率值为53.5A;总的谐波电流最大值为279.7A,95%概率值为249.5A;总的谐波电流含有率达到基波电流的22.43%。
    中频电炉在运行时注入电网的5次和7次等谐波电流严重超标。由于目前中频电炉的使用比较普遍,故对电网造成严重的谐波污染和干扰影响,威胁到电网设备的安全运行,应当引起用电管理部门和用户的高度重视。因此,根据"谁干扰,谁污染,谁治理"的原则,必须在谐波源用户就地采取抑制谐波的措施,这是最经济有效的。如果该厂是长期使用该中频炉的话,建议某市供电局应督促该厂在配变的低压侧加装5次、7次及高通滤波器,就地滤除主要次谐波,将谐波水平限制到国标允许值范围之内。

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主题:关于电弧设备、整流设备的谐波治理
  现在很多钢厂、铝厂的电弧炉、中频炉都会产生大量的谐波,根据我们积累的案例来看,治理的方式是不一样的。(1)如果谐波源是电弧设备,因其存在间谐波,谐波频谱偏低,相角、幅值波动较大,加上功率快速闪动,所以用普通并联无源滤波器效果不佳。(2)如果谐波源是整流换流设备,则可在低压母线侧加装并联无源滤波器,只要滤波器容量设计足够,调谐点和支路数合理,其效果就有保证。适当改变谐波电流分布或网络谐波阻抗,同时也改善了电网的谐波电压水平。

主题:Re:Re:中频炉谐波实测资料之一
  中频对电网造成的谐波肯定会有,只是大小的问题,而且根据现场工作经验烧毁电容的时候是有的。一个地区中频电炉的量太大或者说采用可控硅整流方式工作的电器设备功率太高必然会对电网造成严重污染,污染的程度要是线路的的负载能力(即变电站的主变压器输出功率)而定。另外如果中频的进线电抗器的电感值太小或有些用户在因空心电抗烧毁而不用时,所造成的污染会更大一些。今年,北方某地区曾治理过中频电炉对电网的污染,所有采用双变压器供电的中频电炉必须采用十二相整流,由供电部门进行变压器的改造(费用用户自付),另外,我也知道因中频设备造成的电网危害有多大,因为在我的周边地区曾有过烧毁电视机的情况。最严重的一次烧毁电视机及其它电器达几十台。

主题:Re:Re:中频炉谐波实测资料之一
  你认为"应该在中频炉低压进线上进行测量,这样才有可能确认1.5T中频炉的实际谐波干扰量。你的数据只能说明在该高压线上存在着谐波,实际上单台1.5t的电炉不可能有这么大的谐波。" 回复如下:
  在高压上流入电网的谐波电流,与低压流入电网的谐波电流是一致的,仅仅是经过变压器后,电流值存在一个变比关系,低压的电流更大。

主题:Re:Re:中频炉谐波实测资料之一
  谐波对不少的仪表读数是有很大的影响的,会使误差增大,这在实际测试中能碰到。因此,有的仪表加装了抗干扰措施。

主题:Re:Re:中频炉谐波实测资料之一
  国标允许值的折算,请参见"电能质量 公用电网谐波"(GB/T 14549-1993)中附录B 谐波电流允许值的换算(补充件)

主题: 要注意中频电炉产生的高次谐波对电网的危害
  中频炉由于是经整流后变为中频,其产生高次谐波对电网的危害很大,使一些电器设备损坏,特别是电力电容器,对现有的中频炉进行实测,没有加装电力滤波器的中频炉均超过国标GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》中规定的允许值,又根据电力部的规定:"因电网或用户用电原因引起的电能质量不符合国家标准时,按"谁干扰,谁污染,谁治理"的原则及时处理,并贯穿于电网及用电设施设计、建设和生产的全过程。 "因此,目前电力部门已重点整治。希望中频炉工厂引起重视。为了使加装的电力滤波器能有较小的费用,在购中频炉时,要中频炉生产厂家提供中频炉产生的谐波资料及保证条件。

主题:关于整流制式和高次谐波影响
  关于整流制式和高次谐波影响:在存在可控整流的应用场合,不可避免地要在上级电网中产生高次谐波;一般说来,在考虑整流制式和高次谐波时应注意以下四个因素:
  1.整流装置的制式:大中容量中频装置常用的有三相六脉波全桥可控桥式整流,三相十二脉波双全桥可控整流等等, 一般来说同样工况条件下, 整流脉波数越大,高次谐波影响就越小。
  2.电源装置的容量:中频装置容量越大,在整流α角后移时高次谐波影响就越大,所以有关行业标准推荐1000kw以下的中频装置采用六脉波整流,1000kw以上的中频装置根据容量大小,采用12脉波、24脉波整流。
  3.中频装置的工作状态:对一定容量的中频装置,其输出功率越接近满功率,高次谐波影响就越小, 其输出功率比较小时, 高次谐波与工频基波的比值较大,所以在大功率中频装置选择功率容量时, 应尽可能使它与大多数工作时间的输出功率相接近。
  4.上一级电网短路容量:上一级电网短路容量大,对中频装置产生的高次谐波影响的承受能力就较强,反之高次谐波造成的影响就比较严重。

主题:Re:Re:关于整流制式和高次谐波影响
  自然功率因数是补偿前还是补偿后的,这是两个概念。COSθ指的是系统的自然功率因数,它反映了系统感性的程度,一般在0.05~0.25之间,逆变侧补偿后的功率因数一般用COSφ表示,在负的0.7~0.9之间。即工作在过补偿工况,或者说负载回路工作在容性状态。

主题:Re:关于电磁干扰
  半导体整流设备的确存在对电网的污染,这个问题不光在中频感应设备上,采用移相方式整流的设备(如电镀、直流调速,包括调光台灯)都有这个问题,这一点大家应该是形成共识的,不必要再讨论。问题在于:这种污染究竟到什么程度、造成的损失有多大,是否必须消除,这是技术角度考虑。从经济角度考虑,消除这种污染的投入产出比怎么样。有些技术有一个接受的过程,超前不等于热销,市场接受能力如何,也是产品是否有销路的主要问题。
  1. 一般认为造成污染主要是高次谐波,污染的途径一是通过电力线污染电网,二是通过空间辐射干扰其他用电器和无线电设备,包括中频设备感应圈使周围导磁结构发热。对于第一种污染,变压器作为一个大电感的电路元件,可以起到较好的隔离作用,对消除通过电力线污染电网,这个作用是可以得到肯定的。不知道测试参数(虽然没有看到)是在变压器前边还是变压器之后,具体数量级是否到了非治理不可的程度。
  2. 如果当地对污染问题(假设有)压力不大,用户肯定要考虑是否合算。是否要加这个设备,实际不由中频设备生产厂家决定,因为这个成本还是要加到用户开销上,主要取决于用户要求。也不见得因为有污染问题,中频设备就不用了,设备就卖不出去。中频设备生产厂家不见得就害怕这个东西,大家讨论也并不是要一棍子打死。

主题:Re:要注意中频电炉产生的高次谐波对电网的危害
  我司有一400KW中频感应加热设备,系由一台1250KVA变压器供电,(1250KVA变压器同时供应其他车间的设备用电)配电室内装有容量约280KVAR补偿电容柜。当400KW中频炉没有工作时,280KVAR补偿电容全部投入工作,其补偿电流约为560A(正常);当400KW中频炉投入工作时,280KVAR电容全部投入工作,其补偿电流约为700A,且其电流是随中频炉功率的提升从560A慢慢地上升到约700A(不正常)。请问是何原因?如何解决。

主题:Re:Re:要注意中频电炉产生的高次谐波对电网的危害
  您司的"一400KW中频感应加热设备,系由一台1250KVA变压器供电,(1250KVA变压器同时供应其他车间的设备用电)配电室内装有容量约280KVAR补偿电容柜。当400KW中频炉没有工作时,280KVAR补偿电容全部投入工作,其补偿电流约为560A(正常);当400KW中频炉投入工作时,280KVAR电容全部投入工作,其补偿电流约为700A,且其电流是随中频炉功率的提升从560A慢慢地上升到约700A(不正常)。"这是由于280KVAR补偿电容使中频炉流入电网谐波放大,280KVAR补偿电容的电流中有较大的谐波电流,因此,从560A慢慢地上升到约700A,电容器会发热或熔丝熔断,有的会发出声音。应安装滤波装置,既消除部分高次谐波。

主题:Re:如何抑制中频炉的偕波干扰
  0.75t的炉子功率多少?变压器容量多少?

主题:Re:如何抑制中频炉的偕波干扰
  据以往我们测量的数据可知,0.75吨的中频炉的平均功率在450kw,无功功率在180kvar左右。谐波电压畸变率一般在15%左右,谐波频谱主要集中在250hz,大约在130A左右,350hz大约在60A左右。如果对5次和7次采取滤波措施,则可以保证大部分的谐波电流被吸收,保证上一级电网的用电安全。该滤波器采用LC滤波基本原理,在滤波的同时补偿电网的功率因数,可以达到非常满意的效果。

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