精密锻造中频炉电能质量解决方案

 项目背景

中频冶炼炉在冶炼、铸造等行业中应用日益广泛，但中频炉在工作时采用整流和逆变技术，产生了大量电流、电压谐波。谐波对供电系统造成严重污染，使得精密仪器工作过程中产生误动作，增加供电设备的损耗。

中频感应炉的电源系统是电力系统中数量大的谐波源，常见的为中频炉和高频感应炉电源等。一般6脉冲中频炉，主要产生5、7、11、13次特征谐波等；对于12脉冲换流中频炉，主要为11、13、23、25次特征谐波。一般情况下，小型换流装置采用6脉冲，较为大型采用12脉冲，如炉变压器接成Y／△／Y型，或者采用两台变压器供电。

谐波问题描述

中频炉谐波含量85％以上为低次谐波，电流畸变率达到40％左右，谐波能量大大超出节电设备承受范围，长期使用容易损毁，事故频频，影响企业生产的正常进行。

中频炉在使用中产生大量的谐波，导致电网中的谐波污染非常严重：

1）谐波使电能传输和利用的效率降低，使电气设备过热，产生振动和噪声，并使其绝缘老化，使用寿命降低，甚至发生故障或烧毁；

2）谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容补偿设备等设备烧毁；

3）谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱；

4）对于电力系统外部，谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰。

现场检测

用户现场主要负载是两台中频炉和部分电阻炉。用户现场的两台中频加热设备（1000KW和2250KW）都产生大量谐波，而且功率因数都相当高。这也符合中频感应加热炉的“高谐波含量，高功率因数的特点”。7＃变压器下边的1000KW中频炉测试时谐波电压畸变率达到7.9％（超出国标规定的阈值5％），谐波电流畸变率达到40.9％。有效值严重超出了电网国标的基准值。详见下表：

谐波分量非常严重，从两个变压器出线端测试的情况来看，谐波实测值比国标规定的允许值大得多，甚至不是一个数量级，以2250KW中频炉为例（表中炉子对应的变压器容量2000KVA），3次谐波超标不多，但5次谐波超过国家标准2476％，7次谐波超过国家标准2025％。如此严重的谐波在低压侧累积，势必会影响到高压侧的电压波形，电压波形畸变又会影响到其他负载的稳定运行。

用户现场在保有高次谐波丰富含量的同时，功率因数也是相当的高。由于中频加热设备一般都会有内置平衡三相电容器，使得炉子在工作在满载电流的50％以上时，功率因数就已经达到0.90。当炉子工作电流达到满载电流的80％时，炉子功率因数就会达到0.98以上。测试时炉子的功率因数在0.98—0.99之间震荡。

电能质量解决方案

高谐波含量、高功率因数这两大特性决定了无源滤波器的现场应用不适合。因为无源滤波器在滤波的时候需要投切无功，这样就造成了过补现象。过补偿要比欠补偿还要可怕，因为过补偿会造成局部电网呈现容性，它会与广域网中的感性无功产生更大的规模的谐振，造成大面积电网的瘫痪。所以该项目的解决方案还是推荐使用KYXBQ谐波保护装置。

1000KW中频炉和2250KW中频炉分别在投入1台KYXBQ－250/400V－3L谐波保护装置和2台KYXBQ－250/400V－4L谐波保护装置之后，电流畸变率《3％，消除了谐波产生的电网谐振问题，保证本级电网和上级电网6KV侧供电质量和供电**。功率因数显著提高，变压器负荷率进一步减轻，工控部分节电收益率达到7％左右。