粗銀粉冶煉主要負(fù)載諧波治理實(shí)踐

李峻峰

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

1 引言

貴溪冶煉廠一車間金銀冶煉工序采用了2臺(tái)160KW中頻爐對(duì)粗銀粉進(jìn)行冶煉，澆鑄出銀陽(yáng)極板供銀電解使用。由于中頻電爐的電力電子整流的工作性質(zhì)，造成該電力系統(tǒng)中含有較大的諧波電流［1-2］，本文主要對(duì)中頻爐供電系統(tǒng)的諧波含量情況進(jìn)行描述，并使用有源電力濾波器APF對(duì)中頻爐供電系統(tǒng)進(jìn)行諧波治理的效果進(jìn)行分析。

2 金銀冶煉過(guò)程中主要負(fù)載的電能質(zhì)量狀況

中頻爐全名為中頻電源加熱爐，由(中頻)電源和感應(yīng)加熱爐組成，見(jiàn)圖1。電源包括整流器、逆變器。整流器是將輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流，而逆變器則是將直流電轉(zhuǎn)換為加熱所需頻率的單相交流電。電爐部分是連接逆變電路的負(fù)載線圈電路，根據(jù)電感性線圈并聯(lián)或串聯(lián)電容的形式而分為兩種基本的電源形式、電流反饋型并聯(lián)逆變和電壓反饋串聯(lián)逆變，由此產(chǎn)生諧振來(lái)加熱工件。

中頻電源的輸入級(jí)一般分為二極管整流和晶閘管整流兩種。對(duì)于小功率的中頻爐輸入級(jí)常采用二極管整流方案，中大功率的中頻爐一般采用晶閘管整流，可控性能更好，但是由于晶閘管整流方式注入系統(tǒng)的諧波電流較大，并且工作過(guò)程中無(wú)功功率也較二極管整流方式大很多，所以容量較大的中頻電爐一般使用6相12脈波整流方式來(lái)減小注入系統(tǒng)的諧波電流。通過(guò)圖2、3可以看出設(shè)備輸出功率在額定滿功率的80～100%時(shí)功率因數(shù)最大。

圖1 中頻電爐供電系統(tǒng)圖

圖2 12脈波整流方式對(duì)應(yīng)各種負(fù)載率情況下的功率因數(shù)

貴溪冶煉廠一車間粗銀粉冶煉生產(chǎn)線使用了兩臺(tái)功率為160 KW的中頻加熱電爐，使用晶閘管作為整流及逆變?cè)Ｍㄟ^(guò)對(duì)中頻爐供電的3#變壓器(簡(jiǎn)稱爐變)供電系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量測(cè)試，見(jiàn)圖4、5、6(注:黑色為總諧波畸變率、紅色為5次諧波畸變率、綠色為7次諧波畸變率):發(fā)現(xiàn)在正常工作狀態(tài)(滿功率運(yùn)行)下，系統(tǒng)諧波電流畸變數(shù)據(jù)高達(dá)22%左右，而且隨著負(fù)載的波動(dòng)有所波動(dòng)。

圖3 12脈波整流方式電路拓?fù)鋱D

圖4 爐變A相電流諧波數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

圖5 爐變B相電流諧波數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

圖6 爐變C相電流諧波數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

由于中頻加熱電爐采用電感線圈并聯(lián)電容的形式，在有的爐況下，直流阻抗配合比較小，整流器直流輸出電壓不一定是最大輸出電壓，這時(shí)候功率因數(shù)也可能只有0.8～0.9。圖7是3#爐變總進(jìn)線功率因數(shù)變化趨勢(shì)，電力參數(shù)隨著工況有所波動(dòng)，但基本持續(xù)在0.9以上，最低情況為0.88，但是持續(xù)時(shí)間較短:

圖7 爐變低壓總進(jìn)線功率因數(shù)變化趨勢(shì)圖

所以爐變的電能質(zhì)量綜合治理主要集中在如何高效地進(jìn)行系統(tǒng)的諧波治理上［3］，而功率因數(shù)的補(bǔ)償可以預(yù)留部分容量，根據(jù)系統(tǒng)的功率因數(shù)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償，達(dá)到功率因數(shù)大于0.95、諧波含量小于GB/T14549-93的補(bǔ)償目標(biāo)要求。

3 電能質(zhì)量綜合治理效果分析與評(píng)估

(1)無(wú)功功率分析

金銀車間3#變?nèi)萘繛?250kVA，目前功率因數(shù)0.91，系統(tǒng)電流900A左右，考慮到最大負(fù)載情況，目標(biāo)功率因數(shù)為0.95以上，系統(tǒng)所需無(wú)功為:

=40KVAR，考慮一定的余量取100A;

(2)諧波電流分析

金銀車間3#變諧波畸變率為20%，系統(tǒng)最大電流約900A左右，則需要的諧波治理容量為:900A×20%=180A，取200A。

圖8 有源電力濾波器消除諧波電流示意圖

經(jīng)過(guò)詳細(xì)的電能質(zhì)量測(cè)試與評(píng)估，采用一臺(tái)400V/300A APF對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功和諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償和濾除，主動(dòng)力電纜接入低壓總進(jìn)線柜［4］。該設(shè)備的原理見(jiàn)圖8，其工作原理是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的電流進(jìn)行監(jiān)控采樣，然后通過(guò)設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)算發(fā)出與電爐生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的諧波方向相反、大小相等的補(bǔ)償電流，達(dá)到功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波綜合治理的功能［5］:

圖9、10是有源電力濾波器在現(xiàn)場(chǎng)安裝投入運(yùn)行后，3#爐變的低壓總進(jìn)線的諧波電流從17.2%降低到4.1%的可以忽略的水平［6］。

圖11、12是有源電力濾波器在現(xiàn)場(chǎng)安裝投入運(yùn)行后，系統(tǒng)功率因數(shù)從0.88提升到0.95左右。

圖9 有源電力濾波器補(bǔ)償前(左)后(右)的系統(tǒng)電流畸變率數(shù)據(jù)

圖10 補(bǔ)償前后設(shè)備人機(jī)界面上的電流畸變率數(shù)據(jù)

圖11 有源電力濾波器補(bǔ)償前(左)后(右)的系統(tǒng)功率因數(shù)數(shù)據(jù)

圖12 補(bǔ)償前后設(shè)備人機(jī)界面上的主要電力參數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

大量的諧波注入電網(wǎng)系統(tǒng)中，會(huì)造成系統(tǒng)損耗增大、設(shè)備容量浪費(fèi)、設(shè)備壽命縮減等影響，所以對(duì)高諧波供電系統(tǒng)進(jìn)行諧波綜合治理具有重要意義。一車間3#爐變主要負(fù)載中頻爐是典型的非線性負(fù)載，在工作過(guò)程中負(fù)載變化劇烈，諧波電流和無(wú)功功率均具有快速變化的特性。通過(guò)投入APF進(jìn)行電能綜合治理實(shí)踐，使一車間3#爐變的功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波治理的參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到并優(yōu)于相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了治理的目的。

［1］王兆安等.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2006:64-67.

［2］李宗，劉中元，周勇.剖析中頻爐注入電網(wǎng)的諧波［J］.電氣應(yīng)用，2011，30(8):22-24.

［3］徐斌.淺談高功率因數(shù)中頻爐的諧波治理［J］.安徽電力，2008，25(1):27-29.

［4］龍紹清.電能質(zhì)量·濾波補(bǔ)償·節(jié)能降耗［J］.PQ電能質(zhì)量，2013(8):50-55.

［5］李德武，齊延章.中頻感應(yīng)電爐產(chǎn)生的諧波及諧波治理［J］.華北電力技術(shù)，2010(6):16-20，30.

［6］能源部電力科學(xué)研究院.GB/T 14549-93電能質(zhì)量，公用電網(wǎng)諧波［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.