浅析中频炉用户的谐波治理.doc

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1、浅析中频炉用户的谐波治理摘耍：木文对中频炉的运行电流进行谐波分析，中频炉通过变压器接入系统，含大量谐波的运行电流增加了变压器的额外损耗。建议在变压器低压侧接入电力滤波器,对中频炉的谐波进行补偿。补偿前后的结果表明，进行补偿可以提高功率因素，同时谐波电流的减小可以减小变压器的损耗。关键词：屮频炉谐波损耗中图分类号：TI1132.43文献标识码：A文章编号：0引言中频电炉是一种将工频50Hz交流电转换为中频电源，利用电磁感应原理的加热设备，广泛应用在金属熔炼企业。某炼钢厂安装有两台630kVA主变，在该厂0.4kV母线上，安装了两台0.75T的屮

2、频电炉，由于电炉在运行中产生大量的5、7、11次谐波，未采取谐波补偿措施，造成谐波过大，不仅影响该公司其他设备的正常运行，而且经过变压器馈人电网,造成电力系统中高次谐波含量迅速增长，引起供电电压波形畸变，增加了线损和用电设备的损耗，造成了多余的能耗，影响电网其他用户用电设备的正常运行。本文拟利用滤波装置对屮频炉进行谐波治理，并分析节能效果。1中频炉的工作原理1.1中频炉电气原理中频炉整流电路采用可控硅三相全控整流桥，三相交流电源（工频50Hz）经过三相全控桥整流输出为直流电，再经过逆变电路逆变输出为单相中频交流电，对金属进行加热。可控硅中频电

3、源主要分为主电路和控制电路两部分。1）可控硅中频电炉的电源通常采用AC-DC-AC的变换方式，因此其主电路中包括整流电路、逆变电路和负载谐振电路三部分，中频电炉主电路结构见图lo整流电路采用可控硅三相全控整流桥，三相交流电源经过三相全控桥整流输出为直流电，再经过逆变电路逆变输出为单相中频交流电，提供给负载谐振电路，并联型可控硅中频电源的工作频率能自动跟踪负载电路的谐振频率。图1屮频电炉主电路结构2）控制电路是由整流触发、逆变触发、自动调节、稳压电源和保护这五部分组成，控制电路是整套设备的核心部分，它决定了整套设备的工作方式。逆变触发电路采用自

4、动跟踪负载皆振电路的谐振频率对逆变电路进行控制以保证其工作在负载的谐振点上，使整套设备始终处于最佳的工作状态，从而减少设备的无功损耗。3）中频炉在接近满载状态下功率因数可达0.9；lOOOkW以下的中频装置通常釆用6脉波整流。1.2谐波分析该低压配电系统现有630KVA变压器2台，主要用电负荷为中频炉整流设备。由于整流设备采用的是6脉整流的工作特性，在工作时不同程度地产生了一定的谐波发生量，主要产生以6N±1次为主的奇次谐波分量。表1：电能质量统计报表（电流）根据用户对该配电系统的低压谐波监测数据（见表1：电能质量统计报表（电流）），LC滤波

5、器投入前，测试结果分析如下：1）该中频电炉投人运行时产生大量的谐波电流，其谐波电流组成主要为5,7,11,13等次谐波电流,补偿前系统电流的5,7,11,13次谐波含有率明显超高，尤其5次谐波电流达216.46A,7次谐波电流达115.01Ao其他各次可参见表1.2）大量低压谐波电流馈人变压器，造成了大量的变压器畸变损耗，谐波的存在造成的变压器的额外损耗，引起变压器过热、振动、噪声等，同时对变圧器的效率、寿命及最大可能输出功率也有很大的影响。经上述测试和分析，中频电炉设备接人电网运行，电网给用户提供的是标准的50Hz止弦波电压，但是用户设备产

6、生了高次谐波电流反送注人电网和其他用户设备，使系统电压波形畸变，需进行治理；为限制中频电炉投人运行时产牛的谐波电流大量注人电网，引起谐波问题及能耗增加，在该厂的变压器低压侧0.4kV母线投人LC滤波器。2谐波治理方案中频炉的谐波治理有不同的方案：1）LC滤波器也称为无源滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱理论上，滤波器在其调谐频率处阻抗为零，因此可吸收掉要滤除的谐波。但同时可能存在无功倒送问题，并且其木身也存在一定的损耗。2)有源滤波。电力有源滤

7、波器是一种动态谐波补偿设备，谐波补偿效果好。但该滤波器成本高，投资冋报长，大多数中频炉企业较难承受。3)双回路双频炉。两台变压器接线分别采用Y/Y、Y/A,将其变成12脉冲整流，再通过高通滤波器滤除11次以上的高次谐波。考虑到用户的滤波成木和效果，经过比较选择LC滤波方案。由用户的配电系统特性可知，该系统为典型的6脉整流特性，主要产生以5、7、11、13次特征谐波为主的奇次谐波。因11次以上谐波相对较小，加装11次高通滤波支路即可将其抑制到国家标准以下，故谐波滤波装置主要考虑以滤除5.7.11次谐波为主(对11次以上谐波也都有一定的吸收作用)

8、的滤波补偿方式。滤波装置的一次接线图如下图所示：图2滤波装置一次示意图3谐波的治理3.1治理效果实测分析补偿前后测量点处的各次谐波电流如表2,根据表2计算可得：谐波