冶煉企業(yè)使用中頻爐的危害性及其諧波治理方法

廠家：冶煉企業(yè)使用中頻爐的危害性及其諧波治理方法日期：：2020-01-18 瀏覽次數(shù)： 108

面對欽 li市配電網(wǎng)諧波治理的嚴峻形勢，本文介紹了一種針對冶金類用戶諧波治理的方法，該方法在用戶系統(tǒng)低 f-,．4~0采用動態(tài)無功補償系統(tǒng)進行補償，該系統(tǒng)能在極短的時間之內完成從額定容性無功到額定感性無功的相互轉換，以此來滿足對沖擊性負荷的補償，進而實現(xiàn)對此類用戶中頻爐諧波的有效治理. 同樣的中頻爐的諧波治理也很重要。

目前，欽州市的大規(guī)模企業(yè)大部分為冶煉企業(yè)和使用大電機的能耗型企業(yè)，這些企業(yè)廣泛地使用非線性負荷，用電負荷占欽州網(wǎng) 區(qū)負荷的比重又很大，給欽州市配電網(wǎng)帶來了嚴重的電力污染，而且各類非線性負荷注入電網(wǎng)的諧波還呈日益增多的態(tài)勢，使變電和用電設備的效率降低，加速電氣設備絕緣老化，造成設備絕緣擊穿，嚴重地威脅著欽州市電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，因此諧波治理已成為欽州供電局及其相關技術人員迫切需要解決的重要課題之一。

在電力系統(tǒng)中，當工頻電壓或電流作用于非線性負載時，會產(chǎn)生不同于工頻的非正弦電壓或電流，在對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解時，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量被稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn／f1)稱為諧波次數(shù)。諧波實際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”，其頻率范圍一般為 2≤n≤40。

諧波對旋轉設備和變壓器會引起附加損耗和發(fā)熱增加，此外還會引起旋轉設備和變壓器振動并發(fā) 出噪聲，長時間的振動會造成金屬疲勞和機械損壞。

諧波注入電網(wǎng)后，在電網(wǎng)中以 2≤n≤40次諧波在電網(wǎng)中傳輸，和基波電流疊加后形成大于正常電流的混雜電流，加大輸電線路的損耗，降低供電部門的供電效益，造成能源浪費。

諧波可引起系統(tǒng)的電感、電容發(fā)生諧振，使諧波放大，當諧波引起系統(tǒng)諧振時，諧波電壓升高，諧波電流增大，引起繼電保護及自動裝置誤動，損壞系統(tǒng)設備(如電力電容器、電纜、電動機等1，引發(fā)系統(tǒng)事故威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

諧波可干擾通信設備，造成重要的敏感的自動控制與保護裝置工作紊亂，還會影響無線電發(fā)射系統(tǒng) 、雷達系統(tǒng) 、核磁共振等設備的工作性能，造成噪聲干擾和圖像紊亂。

目前治理諧波的方法主要有兩種，即有源濾波和無源濾波，其中無源濾波主要通過增加無源濾波設備，使諧波流入無源濾波設備而不注入電網(wǎng) ，另外有源濾波就是采用有源濾波設備，產(chǎn)生和現(xiàn)存諧波相反的諧波，使之互相抵消，本文介紹的內容為無緣濾波的方法。

冶金類用戶多采用中頻爐進行冶煉，中頻爐是一種將工頻 50HZ交流電轉變?yōu)橹蓄l (300HZ以上至 1000HZ)的電源裝置，把三相工頻交流電整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭?調節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流，以達到熔煉材料的效果。由于中頻爐在使用中產(chǎn)生大量的諧波，導致電網(wǎng) 中的諧波污染非常嚴重，因此針對中頻爐的諧波治理就顯得尤為重要，要治理這種大諧波源主要通過以下步驟進行：

中頻爐的整流裝置多為6脈動可控整流，整流裝置所產(chǎn) 生的諧波為 6K+1次奇次諧波，采用傅立葉級數(shù)對電流進行分解變換，可知電流波形含有 6K±1次高次諧波，在實際應用中，不僅需要進行理論計算，還需對中頻爐進行測試，以最終確定治理方案。 3．1．1 諧波電流理論計算目前使用的中頻爐一般為全控橋整流方式，對于全控可控硅整流器產(chǎn)生的特征諧波電流的諧波次數(shù)一般含有： fh=(pm ±1)f． (1) 各次諧波有效值為 I= I (2) fl 式中，h為特征諧波次數(shù) h=pm±1,fh和 I為第 h次諧波電流的頻率和有效值，￡和 I為基波電流頻率和有效值，P為整流器脈動數(shù) ，p=6或 12、或 24。m為正整數(shù) 。本中頻爐為 3相全控橋整流方式，p=6，對于 p=6的整流器，特征諧波次數(shù) h=5、7、11、13、17、19…… 對于諧波為 I=(Kl1，h)·I1，h為諧波次數(shù) ，K 為諧波有效值減小系數(shù)，其經(jīng)驗數(shù)據(jù)如表 1所示

國家標準 GB／T14549—93中推薦，兩個諧波源的同次諧波電流在同一地點的同一相上疊加，當相位不確定時可按下式進行計算：Ih=、／Ih1+I}l22+Kh1IhlI}l2 式中 Kh系數(shù)按表 2選取。I 和 I分別為諧波源 1和 2的第 h次諧波電流，單位為 A。

兩個以上同次諧波電流疊加時，首先將兩個諧波電流疊加，然后與第三個諧波電流相疊加，以此類推。 3．1．2 濾波特性理論計算濾波器的總阻抗計算方法如下： z、／R02+(H?！?tJ’L一式中： zfI．一濾波器對應于濾波通道次數(shù)為 h。的頻率下的總阻抗 Q； R廠一濾波器回路的總直流電阻 Q； I一電感值 H； c—— 電容值 F； h一濾波通道次數(shù) ；選擇合適的 Rc值可滿足所要求的濾波效果。 3．1_3 測量信號的抽取

首先將變壓器低壓側測量電流互感器的二次回路試驗端子接入電能質量分析儀的電流輸入端，既完成測量信號的接人，再對測量儀器進行設置：用 DZ一4電能質量分析儀測量，將儀器設置為自動定時測量方式，每兩次測量間隔為一分鐘，設置諧波次數(shù) 為第 2～25次，進行一爐煉鋼周期的連續(xù)諧波測量。

測量完畢后利用儀器的后臺分析功能，對定時測量的存盤數(shù)據(jù)文件作統(tǒng)計分析，得到各次諧波的 95％概率值、最大值、最小值和平均值，并以最大相的 95％概率值作為最終測量結果，與國標的限值或允許值比較來確定諧波電流是否超標。

中頻爐的工作過程可分為初加熱過程和正常工作過程，初加熱過程持續(xù)時問短，但高次諧波比較豐富，而在整個過程中正常工作占大部分時間，其中正常工作過程時電流大，諧波含量大，主要包含的諧波成分是 5次、7次、11次、13次，其中一般以 5次諧波為最大，電壓畸變嚴重，因此，綜上因素考慮濾波裝置設計 5次、7次、11次三條 Lc濾波支路，吸收 5、7、 11次及以上次數(shù)的諧波。

根據(jù)理論計算及現(xiàn)場測試結果，可確定在配電變壓器低壓側的無功補償容量。

欽州市某冶金設備有限公司使用一臺 1．5T的中頻爐，采用 3相全控橋整流方式，根據(jù)理論計算并進行現(xiàn)場測試，i亥用戶諧波電壓、電流嚴重超標．主要是 5次、7次、11，13次諧波為主導，功率因素僅為 0．78，功率因數(shù)嚴重偏低，采用本文介紹的方法增加無功補償設備后，功率因素提高至 0．93，取得了良好的效果。

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