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              無功補償兼濾波裝置在直流電流路中產生
              佛山市粵辰工業自動化廠銷售部
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              無功補償兼濾波裝置在鑄造企業中的應用 

              摘 要 鑄造企業是耗能大戶,其中以中頻爐耗電最多,同時也存在巨大的節能潛力。本文通過成功對某鑄造企業中頻爐進行節能改造的案例,說明了鑄造企業對中頻爐進行無功補償和諧波治理具有較高經濟效益,值得在鑄造和其他使用中頻爐的企業推廣。中頻爐增加無功補償兼濾波裝置不但對提高企業生產效率、設備可靠性有積極的作用,而且還有節省電能、環保等經濟效益和社會效益。

              關鍵詞 鑄造 中頻爐 諧波治理 無功補償 節能 

              1.  前言

                  鑄造用中頻爐具有維護方便,操作簡單可靠,可準確地控制和調整金屬液溫度與成分,熔煉速度快,成型鑄件質量好,而且其工作噪音和污染都較沖天爐小等特點。因此在鑄造領域里它比沖天爐應用更廣泛,越來越受到鑄造企業的青睞。中頻爐熔煉金屬時需要消耗大量電能,其節能降耗也是一個受到企業和社會各方都關注的問題,F在筆者結合對中頻爐改善電能質量的實際經驗,闡述運用無功補償兼濾波裝置進行節能降耗的效益。

              2.  企業供電系統簡況

              廣東清遠鋼鐵公司,該公司使用中頻爐熔煉金屬液,鑄件年產量為5萬噸。該公司變壓器總容量為8650kVA; 5000kVA(10kV/0.75kV)專用變壓器一臺,對應負荷為12噸中頻爐;3150kVA(10kV/0.75kV)專用變壓器一臺,對應負荷為5噸中頻爐和15噸中頻保溫爐;500kVA(10kV/0.4kV)配電變壓器一臺,對應負荷為廠用電。原設計5000kVA、3150kVA專用變沒有采取無功補償措施,500kVA配電變低壓側配置300kvar電容補償柜。系統簡圖:(虛線框內為新增設備)

              3. 改造前供電系統主要問題

              3.1     專用變壓器噪聲大,油溫高,經常達到80℃,需外加風機散熱。

              3.2     中頻爐工作時,500kVA配電變壓器也出現噪音增大。無功補償柜內的電容器經常燒毀,其他低壓設備經常出現不明原因跳閘。

              3.3     功率因數只有 0.73,達不到供電局0.90的要求,調整電費扣罰每月約9萬元。

              4. 原因分析

                根據中頻爐的固有特性,我們基本認定這些問題是由中頻爐電源的諧波引起。中頻爐電源產生的大量諧波直接注入到專用變壓器,造成變壓器振動、損耗增加,具體表現在噪音大、油溫高。同時,部分諧波通過10kV母線流入到500kVA的配電變壓器,并與低壓側的電容器發生諧振,造成電容器經常燒毀,保護裝置誤動作。

                中頻爐功率因數低0.73,大量無功功率由專用變壓器提供,加重了變壓器的負擔。由于配電變的電容器也經常燒毀,不能正常運行,公司擔心設備的安全,不敢輕意投資中頻爐補償柜。造成公司整體功率因數偏低,月調整電費高。

              5. 系統改造

                根據就近補償原則,我們于2007年10月初,在2臺中頻爐專用變壓器的低壓側安裝了中頻爐專用的2套無功補償兼諧波治理設備,型號為MSF-2920/0.75和MSF-2520/0.75。該裝置投入運行后,不但從根本上解決了上述電能質量問題,還收到很好經濟效益。經過5個多月的實際運行,證明本次改造是成功的。

              6. 補償兼濾波裝置結構特點

              6.1   設計思路

                企業的目標是設備安全和節省電費,低的投資成本,濾波效果其次。因此設計以無功補償和設備可靠性經濟性要求為首要目標,諧波治理以五次諧波為主,其他高次諧波不考慮。

              6.2     濾波器全部投入時系統阻抗仿真結果如下圖:

                 

              6.3     關鍵元器件選取

              6.3.1 接觸器:頂級高性能真空接觸器作為投切器件,其性能可靠,電壽命可達60萬次,損耗小。

              6.3.2  濾波電容器:采用特殊制造的單相濾波電容器,其主要絕緣材料采用國外品牌。濾波電容器使用壽命長,損耗小,可長期(一般4~6年)在諧波較大的環境下使用(一般電容器在諧波負荷下的壽命,只有0.1~1.5年)。

              6.3.3  濾波電抗器:采用低損耗的鐵心濾波電抗器,電抗器正常運行溫升不超過35K,真正做到“綠色節能”。裝置整體損耗保證小于總容量的1%。

              6.3.4 每個支路都有三級過流保護,系統安全可靠性高。

              6.4     具有超限報警和保護閉鎖功能,報警限值可由用戶設定。

              6.5     具有手動控制和自動控制兩種工作方式,便于調試。    

              7.  改造前后電氣參數測試結果

              改造前電源功率因數

               

              改造后電源功率因數

              改造前系統電壓

              改造后系統電壓

              改造前系統電流波形

              改造后系統電流波形

              8.  改造后的綜合效益

              8.1裝置的運行情況

                該無功補償兼濾波裝置可自動跟蹤調節各個支路的投切,開啟后無須人員操作。2007年10月初投運,當月功率因數由0.73提高到0.91。之后的每個月的功率因數都是0.97。

              8.2  產生的經濟效益

              8.2.1  功率因數提高,節約力調電費:裝置投入后功率因數提高至0.97,力率調整電費由罰8.5%變為獎0.75%,一正一負相差9.25%,月節省調整電費約10萬元。      

              8.2.2    增容降損

                功率因數由0.73提高至0.97,變壓器的平均負荷電流減小25%(cosφ1/cosφ2=0.73/0.97),相當于變壓器運行容量降低了25%(2000kVA);變壓器銅損減少:1-(0.73/0.97)2=43%;變壓器溫度降到65℃左右;每月節省電量40kWx43%x12小時x30天=6192kW.h/月(40kW-2臺變壓器的合計銅耗,每天工作12小時)。此項節約電費:3800元/月。

              8.2.3    提高生產效率

                無功補償兼濾波裝置投入后,電壓穩定了,縮短了熔煉時間,(也減少了熱能既電能損失),提高了生產效率。

              8.2.4    提高設備運行可靠性,延長設備使用壽命。

                無功補償兼濾波裝置投入后,負荷無功電流、諧波電流減少,設備的發熱、損耗降低,振動減少。諧波電流減小70%,單獨諧波損耗節約的電費每月將近4000元。

                系統內各元件損壞率降低、設備絕緣老化減緩,故障率下降,延長設備壽命,因而提高了公司整體用電的安全性。

              8.2.5    供電系統效益

              無功功率的減少,不僅節約企業自身的電費開支,還減少了電網的線損和對上一級變壓器容量的占用。諧波污染的減少,降低了對通訊、自動控制裝置、電能計量和繼電器保護的干擾,提高了電網的安全性能。

              8.3   企業綜合投資收益

                此鑄造企業新增的2套中頻爐專用的無功補償兼濾波裝置,全部投資為132萬元。實際平均月節約電費10萬元以上,一年就收回了投資成本。

              9.  結論

                綜上所述,中頻爐增加無功補償兼濾波裝置具有很高的效益,其兼顧了無功補償又有濾波功能,具有提高生產效率,提高設備可靠性,節省電能等優點。企業正常生產,該投資一般1~2年即收回。因此,有必要在鑄造行業推廣使用。

                中頻爐諧波非常大,又有一些不確定因素。設備生產企業的系統設計仿真的水平和元器件的選擇對于設備的質量來說非常重要。例如有些廠家采用普通的電容器和電抗器做此類設備,設備壽命短、自身損耗高,維護成本也非常高。所以,采購此類產品時一定要選技術實力較強的企業。

               

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              產品目錄

              公司名稱: 佛山市粵辰工業自動化廠銷售部
              聯 系 人: 鄔源發
              電  話: 0757-63367380
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