动态谐波节能装置在水泥厂的应用.pdf

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1、中图分类号：TQl72文献标识码：B文章编号：1007—0389(2015)01—64-02动态谐波节能装置在水泥厂的应用毛金明1，应杰1，虞燕1，张士河2，张新华3(1南京康迪欣电气成套有限公司，江苏南京210002；2．南京江南水泥有限公司，江苏南京210033；3．南京江南粉磨有限公司，江苏南京210033)1动态谐波节能装置的研制背景随着各行业自动化水平的不断完善与提高，变频器和中频炉等非线性设备得到了广泛的应用。变频驱动电机调速节能效果明显、运行稳定、操作方便、自动化程度高等特点被众多企业所接受，广泛应用于水泥厂的各个工艺环节。虽然，变频器

2、优点比较突出，但是，变频器同时也是水泥厂最大的谐波源。工业现场的电气技术人员和变频器打交道多年，深知一些故障如无功补偿柜投入不了、合不上开关、电容器发热甚至炸裂、电动机莫名其妙地被烧毁等经常发生，但却找不到原因。殊不知继电保护误动作、控制系统失灵、电缆和配电设备发热、变压器发热等主要由谐波原因引起，但是谐波摸不着、看不到。因为电气工程师用工频50Hz频率的电流表无法检测250Hz频率的5次(或350Hz频率的7次及其它)谐波电流，故需要用专用谐波测试仪表测量。由于人们对谐波的认知有差异，再加上专用的谐波测试仪表技术复杂、价格昂贵，一般工厂没有配置，从

3、而使这本来就看不到、摸不着的谐波披上了神秘色彩。笔者通过长时间研究以及在现场的摸索和体验，总结归纳出谐波危害如下：(1)谐波电流使受电设备发热，浪费大量无功功率，造成能源浪费；(2)增加变压器铜损、磁损、铁损，提高变压器机械噪声，增加变压器额外温度；(3)使电力电容器发热、额定载流量减少，绝缘遭到破坏击穿；(4)使电动机产生额外的铁损、铜损，振动噪声加大，影响其稳定的转矩；(5)导致控制系统畸变，电压零点漂移，使控制系统失控；(6)影响邻近的电力电子设备和通讯系统，影响设备正常运行；(7)造成电容器过电流、过电压，减少电容器的使用寿命。增加电容器容量

4、的衰减速度，使补偿式滤波效果降低，与系统产生并串联谐波，造成电容器故障或放大谐波；(8)谐波的增大，直接影响电网供电系统的品质因素，造成电网供电污染。因此，如何降低谐波电流对电力网系统运行的危害具有现实意义。为此，武汉理工大学、南京康迪欣电气成套设备有限公司、南京江南水泥有限公司、南京江南粉磨有限公司等单位组成了产学研合作专项治理电力谐波技术研究团队，在某水泥公司和中频炉厂进行了为期二年多的试验与应用研究，获得了极大成功。试验结果表明：理论研究、技术攻关与实际应用中的电力谐波治理效果完全一致，我们所研制的动态谐波节能装置取得了理想的应用效果；另在研究

5、过程中，发表学术论文6篇、获得国家授权专利5项，并于2013年6月通过了南京市科委组织的科技成果鉴定。2动态谐波节能装置原理及特点动态谐波节能装置主要由基于阻抗变换电路的可变电抗器KL和电容器组成。可变电抗器KL的一次电抗绕组与电容器串联，电容器根据滤除谐波频次和可变电抗器KL可调参数进行分布式投切；可变电抗器KL的二次绕组与功率变换器构成电力电子阻抗变换器，通过动态改变可变电抗器KL一次绕组与二次绕组间的阻抗比，从而起到改变LC滤波支路电抗值的作用，最终达到动态调谐治理谐波的目的。动态谐波节能装置原理示意见图1。、№箜7～QS』象QF≤?；舌：：?

6、需。’：甲嚣雨园{【Js。。II非线性负载动态滤波控制系统图1动态谐波节能装置原理示意图动态谐波节能装置在基波频率条件下，对供电系统或电力负载进行无功补偿；在谐波频率条件下，通过智能控制使谐波滤波器在滤波支路中谐波吸收电流达到最大值，大幅度减少谐波危害，提高一64一水张工程垫型电能质量。动态谐波节能装置，通过嵌入式屏设置各种变量、显示各变量参数(各次谐波电流值、各相电压值及其寻优值和控制结果等)、设备工作状态和故障报警等，见图2所示。图2嵌入式屏界面经过谐波治理后的电流整形效果图见图3所示。由图3可知，动态谐波节能装置的电流整形效果很好；经过谐波滤波

7、后，电源污染得以清洁，从而利于设备的正常运行。图3电流整形效果图动态谐波节能装置的特点：将传统机械式单绕组电抗器结构设计成具有一次和二次绕组的电抗变换器结构，并与电力电子变换器构成电力电子电抗器；通过电力电子电抗器和电容器的电路、磁路耦合，组成动态谐波滤波器电路；该电路具有高低压隔离、电感量连续可调，阻抗可变的特点；借助于动态谐波滤波器电路，采用智能控制算法，动态搜索跟踪谐波源，使滤波支路中谐波吸收电流达到最大值，使滤波效果及精度均能得到保证；该产品兼有源滤波器和无源滤波器的特点，滤波相关稳定，性价比好。3投入动态谐波节能装置的应用及其效果分析201

8、2年4月在南京某水泥厂水泥磨选粉机变频电机进行试车，该磨机规格为03．8m×13m，变频器的型号为三菱FR—