1450可逆成功案例
1450型直流可逆軋機為典型案例，針對大、中、小型冶金軋鋼企業(yè)，可逆直流軋機的運行特點以及由于運行工藝狀況（可逆直流晶閘管調速非線性負荷）對電網造成的電網電壓波動，電流、電壓諧波超標嚴重，功率因數低下等電能質量現象，并以詳細的設計數據及仿真模型，具體分析電能質量的嚴重狀況，同時以詳實的企業(yè)運行實況，描述在可逆直流軋機非線性動態(tài)負荷典型工況下，諧波治理及動態(tài)無功補償方案及實施效果。并針對企業(yè)所取得的各項經濟效益和對社會所做的貢獻進行簡單的概述。
1 概述
隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，我國的工礦企業(yè)中，電力電子器件的大量應用，可控、全控晶閘管作為主要開關元件，電力電子器件的整流設備，變頻、逆變等非線性負荷設備的廣泛應用，諧波問題亦日益廣泛的提出。諸如諧波干擾、諧波放大、無功補償失效及諧波無功電流對供電系統(tǒng)的影響等。上述電力電子設備是諧波產生的源頭。諧波電流的危害是嚴重的，主要有以下幾個方面：
?。ǎ保?諧波電流在變壓器中，產生附加高頻渦流鐵損，使變壓器過熱，降低了變壓器的輸出容量，使變壓器噪聲增大，嚴重影響變壓器壽命；
（２） 諧波電流的趨膚效應使導線等效截面變小，增加線路損耗；
?。ǎ常?諧波電流使供電電壓產生畸變，影響電網上其它各種電器設備不能正常工作，導致自動控制裝置誤動作，儀表計量不準確；
?。ǎ矗?諧波電流對臨近的通訊設備產生干擾；
?。ǎ担?諧波電流使普通電容補償設備產生諧波放大，造成電容器及電容器回路過熱，壽命縮短，甚至損壞；
?。ǎ叮?諧波電流會引起公用電網中局部產生并聯(lián)諧振和串連諧振，造成嚴重事故及不良后果。
2 工程概述
2.1簡介
工廠主要設備為兩臺1450可逆軋機，因采用晶閘管整流、直流可逆調速等原因造成用電諧波超標，功率因數過低，對周邊電網用戶造成很大諧波干擾，為此進行設備改造以提高功率因數，治理諧波，節(jié)約能源，提高電網質量，降耗增容。
該鋼業(yè)公司安裝了兩套動態(tài)無功補償濾波裝置，安全運行個月以來，得到客戶及當地的高度認可——系統(tǒng)功率因數達到0.90以上，諧波含量滿足國標要求。
2.2工程背景
該公司110KV變電站通過一臺16000KVA變壓器為兩臺1450軋機供電。
該軋機因采用晶閘管整流及直流調速等原因造成用電諧波嚴重超標，功率因數過低，給用戶造成很大的經濟負擔，同時對周邊電網用戶造成很大諧波干擾，為此該公司及當地決定進行設備改造以提高功率因數，治理諧波，節(jié)約能源，提高電網質量，降耗增容。
2.3工程設計概要
2.3.1軋機（1450）軋機運行主要參數
（１）軋機為長期間斷運行，根據鋼板軋制厚度要求變速變向、變輸出功率運行，運行時間大約為1～2小時/每卷帶鋼。
?。ǎ玻┸垯C分為主軋機及左、右卷取機、開卷機等系統(tǒng)控制，獨立運行。
主軋機整流變壓器容量為4000KVA，數量2臺，電壓比10KV/0.8KV*2，直流電動機2000KW ，數量4臺，電樞電壓800VDC，單臺電樞電流2174A，效率92%，負荷率80%；卷取機整流變壓器容量為 3150KVA，數量2臺，電壓比10KV/0.8KV*2，直流電動機1250KW，數量4臺，電樞電壓800VDC，單臺電樞電流1359A，效率92%，負荷率80%。
2.3.2（1450）軋機諧波測試數據
1450軋機一臺主軋電動機電流諧波含量為例
表１電流諧波含量針對5、7、11、13次諧波數值
A相（基波1550A） | B相（基波1625A） | C相（基波1585A） | ||||
5次諧波 | 20.58% | 318.9A | 19.68% | 319.8A | 20.13% | 319.06A |
7次諧波 | 15.1% | 235A | 14.08% | 228.8A | 14.39% | 228.08A |
11次諧波 | 10.15% | 157.32A | 8.94% | 145.27A | 9.9% | 156.9A |
13次諧波 | 7.23% | 112.06A | 7.08% | 115.05A | 6.15% | 97.47A |
2.3.3設計補償方案計算
（以主軋機為例）
主機直流電動機2000KW*2，電樞電壓800VDC，電樞電流2655A，效率取90%，負荷率取99%
（１） 基波補償容量
有功功率： P=U I =3168KW
視在電流： I =I ×0.816=2655×0.816×2=4333A
視在功率： S = ×U ×I = ×750×4333=5628KVA
功率因數： COSφ = P / S1=3168/5628=0.57
無功功率： Q1= =4651KVAR
實際基波補償容量：4000KVAR
?。ǎ玻┲C波補償容量 Kvar
實際諧波補償容量：3000KVAR
?。ǎ常┳儔浩鞲边叞惭b容量為4500KVAR動態(tài)無功補償裝置補償后
補償后無功功率： Q =4651－4000=651Kvar
補償后視在功率： S = 3234kVA
補償后功率因數： COSφ =3168/3234=0.98
通過以上計算，該軋機變壓器補償選用我公司RGCF動態(tài)無功功率補償濾波裝置：
裝置內配置多路5次濾波器和7、11、13次濾波器，在提高功率因數的同時還按國家標準濾除諧波電流.
通過以上仿真計算表明：5、7、11、13次諧波得到大幅度治理，使其符合國標要求。
表２補償前后主軋機功率變化對比表（軋制過程三道次實測數據）
補償前 | A相（基波1550A） | B相（基波1625A） | C相（基波1585A） | 國標 | |||||||
5次諧波 | 20.58% | 318.9A | 19.68% | 319.8A | 20.13% | 319.06A | 162A | ||||
7次諧波 | 15.1% | 235A | 14.08% | 228.8A | 14.39% | 228.08A | 115A | ||||
11次諧波 | 10.15% | 157.32A | 8.94% | 145.27A | 9.9% | 156.9A | 73A | ||||
13次諧波 | 7.23% | 112.06A | 7.08% | 115.05A | 6.15% | 97.47A | 64A | ||||
補償后 | A相（基波930A） | B相（基波975A） | C相（基波951A） | 注：國標值是根據實際短路容量換算后值（見附件二） | |||||||
5次諧波 | 7.7% | 71.6A | 8.56% | 83.46A | 6.39% | 60.76A | |||||
7次諧波 | 7.31% | 67.8A | 6.14% | 59.87A | 7.72% | 73.4A | |||||
11次諧波 | 1.65% | 15.34A | 2.02% | 19.69A | 2.74% | 26.05A | |||||
13次諧波 | 0.94% | 8.7A | 0.91% | 8.87A | 1.31％ | 12.45A | |||||
補償前后電流諧波對比表（以5、7、11、13次諧波為例） | |||||||||||
補 前 | 補 后 | 備 注 | |||||||||
主軋主機 | 視在功率S | 2148KVA | 1316KVA | ||||||||
有功功率P | 1224KW | 1224KW | |||||||||
無功功率Q | 1765kvar | 482kvar | |||||||||
功率因數 | COSΦ=0.57 | COSΦ=0.93 | |||||||||
視在電流A | 1560A | 950A | |||||||||
通過以上數據表明；RGCF濾波裝置投入后，治理前后電流諧波下降率效果是明顯的，尤其對于5、7、11、13次諧波，針對鋼業(yè)公司選用的是6相12脈波整流變壓器，理論證明，對12脈波整流變壓器反映到一次側10KV電網時其5、7次電流諧波理論值應為零。只有11、13次諧波在10KV網側可以記錄，但從上表記錄可以看出其值已很小，同時功率因數達到0.9以上，5、7、11、13次諧波達到國標。
2.4.2 RGCF無功補償及濾波裝置投入后其經濟效益：
（１）功率因數從小于0.57提升到0.93以上，電費由每月罰款十幾萬變?yōu)槊吭陋剟顢登г?/div>
（２）諧波得到治理，大大減少了運行中電氣故障及電子元件的損壞。
（３）該公司16000KVA變壓器得到增容，由另一臺16000KVA變壓器所帶的負荷均轉接到同一臺變壓器上運行，該企業(yè)停掉一臺16000KVA變壓器，該變壓器每月節(jié)省占容費約24萬元?，F轉接過來的各型軋機直流調速系統(tǒng)均安裝了FTFC動態(tài)無功補償及諧波治理裝置，該裝置運行以來，為客戶創(chuàng)造了相當可觀的經濟效益。
2.5.1RGCF動態(tài)無功補償工作原理
RGCF系列動態(tài)無功補償濾波裝置，主要由監(jiān)控終端、開關模塊、電容器、電抗器、斷路器、機柜等構成，控制器采用前饋式檢測（三相平衡負荷、采集單相信號；三相不平衡負荷，采集三相信號），以負載的實時無功功率為投切物理量，應用瞬時無功控制理論及網壓支持算法，在20ms內完成信號數據采集、計算、及控制輸出；投切開關接到投切指令后，在小于10ms內完成零電流投入，投切無涌流，對電網無沖擊，并且在主電路和開關中采取措施，避免了投切電容的沖擊，使運行更加穩(wěn)定、安全、可靠。
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