中频炉无功补偿装置是用在什么地方的？
2021.05.11
中频电炉是典型的谐波源波源成大量谐波,补偿电容器不能投入使用,功率因数小于供电要求的0.9,月无功罚金,高温变压器,电力浪费,寿命短 。引入电网的谐波电流在电网特性阻抗上造成脉冲电流工作电压，造成电网工作电压和电流量失帧，危害供电系统品质和运作安全性 ，提升线损和工作电压偏位，并对电网和工厂自身的电器设备造成不好危害。
1.中频炉无功补偿常见的问题
钢铁厂的四套20T中频电炉全部用24个脉冲整流。电能质量计显示35KV线路主要有7、8、9、10 、23和25次谐波。总电压畸变率高达7%左右 ，电能质量不合格 。随后 ，一套过滤设备，3,4,5,64个分支。滤波装置投入运行后，7、8、9 、10的电压谐波从1%左右降至0.5% ，但第23、25次谐波基本没有降至2.4% 。总谐波失真率约为3%，有时超过标准。除此之外，当中频感应炉刚启动(约10分鐘) ，5P和6P电容的环路电流量将提升到一定水平，高值为1，一切正常平稳数值80A。问题:如何滤除1: 23和25谐波 ，就好像没有23和25滤波支路一样 ？为何2: 5p和6p电容器的支路电流量会产生变化？“它是谐振的吗？”为什么电容器支路电流在中频电炉的中后期相对稳定？附上5p和6p的电压谐波曲线无功补偿装置
无功补偿装置
2. 参数设置不当引起的异常
由于移相电容器动态无功补偿系统的工作原理是通过增加容抗来抵消系统的感抗，因此可以调节系统的无功功率。
3. 负荷变动造成不匹配
针对网站内部原始负荷较小，将来负荷慢慢提升的状况。因为动态无功补偿系统软件的设计方案中存有一定的数据冗余，假如拓展量不超出数据冗余量，则不容易造成动态无功补偿出现异常。恰恰是因为企业设备的更新和改造，所以提高了原有设备的电力要素之后，系统的需求没有得到减少，容量就不匹配了 。例如：隧道灯原来使用线圈整流高压纳米机，然后改为电子整流高压纳米机。
大的影响也发生在正负无功功率变化很大的场合 。如果企业设备组的无功分量较大 ，则设备组下班后停止工作后 ，系统的无功分量主要来自变压器等供电设备。此时，如果系统所需的容量小于一组电容器的小容量，系统将会有过补偿或欠补偿 。这都是公司变电器轻载后功率因素不符合规定的要素之一 。
4. 容量不匹配
一般控制板装有12组输出功率移相电容器，容积不配对关键是因为电容器模块容积配备过大导致的 。断根据每个单体容量固定，系统所需的容量比单体容量小的容量小的情况下，容器组不投入工作时，系统中存在低功率因素(长期补充)，电容器投入时由于投入的容量过大导致系统的容量过大(同样引起的容量因素过低)坚决控制不当的话 ，电容器投入、切断 、投入、切断、切断形成投入和切断的振动 。
5.电网状况及用电设备
1)1#变压器容量为16000KVA，变比为35KV/10KV，下带负载为2台7200KVA的中频炉变和1800KVA的加热炉变，中频炉运行产生的特征高次谐波以11、13次为主，滤波装置进入10KV母线 。
2)4#变压器容量为20000KVA ，变比为35KV/10KV ，主要负载为10KV母线侧的8000KVA中频炉变和总输出为4200KW直流轧机，滤波装置进入10KV母线 。
6.投资效果分析
6.1.总投资:本项目分2个阶段实施，即1#变压器和4#变压器。在这种情况下 ，只变更谐波滤波器和无功补偿装置总投资超过50万元 。
6.22.谐波治理及无功补偿效果
滤波装置投入运行后 ，系统10KV侧谐波电压畸变率从10.5%降至3.85%，谐波电流畸变率也从10.20%降至7.1% ，所有谐波均在我公司标准允许值内 。系统的功率因数也从0.827提高到0.99。过滤装置投入运行后 ，系统消耗的总无功功率减少了4800千瓦时。
6.3.节电效果
1)线路频率损失后的节电
如果公司1#主变压器全年大负荷消耗3000小时(τ) ，线路功率损耗与传输功率之比为0.03，用δ表示，则补偿后的年度节电:
△WL=SL*cosφ1*δ*τ*{1-[cosφ1/cosφ2]2}
=0.8×16000×0.827×0.03×3000×[1-(0.827/0.99)]
≈288000(kw·h)
注:0.8为主变负荷率
2）补偿后变压器全年节电量:
△WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]
=240×{(0.8×16000)/16000}2×3000×0.30218
≈140000(kw·h)
式中Pd为变压器短路损耗,为240KW
3）补偿投入后的全年总的节电效果:
△W=△WL+△WT
=288000+140000=428000(kw·h)= 428000x0.58元=24.8万元
式中 ：电费按0.58元/度，负荷1年工作时间为3000小时
4）力率电费的节约:
依据本地域电费定价方法，客户全年度需付款的功率因数调节以下:(以本地供电局功率因数评定点为0.9测算，若赔偿前客户系统软件功率因数为0.827 ，功率因数罚率为+3.5% 。)
功率因数罚款电费=有效电费*功率因数=有效电力*年工作时间*电费单价*功率因数投入的设备具有一定的节能效果，通过无效补偿功率因数提高，年节电效果明显，只需节电之一，就能在6个月内回收投资 。投资效益显著 。
=10500*3000*0.58*3.5%=64万元
由于无功补偿装置的输入,系统功率因数达到0.99以上的功率因数评价点,因此不会产生功率因数惩罚,但将有一部分回报 。
力率奖励电费=有功电费*力率=有功功率*全年工作小时*电费单价*力率
10500*3000*0.58*0.75%=13.7万元
5）合计全年节约电费 ：24.8+64+13.7=102.5万元
7.投资回收期
投资回收期约为：54/102.5≈6个月
8.结论
通过投资谐波治理设备，
1)有效抑制谐波，提高用户用电质量，延长用户用电设备的使用寿命和生产效率；同时，在节能减排过程中，降低了谐波对电网的影响，有效控制了谐波污染，取得了显著的社会效益。
9.中频炉无功补偿装置设备特点介绍
本装置为户内柜式结构，柜内安装主要元件如接触器 、电抗器、电容器、仪表、放电线圈 、避雷器 、等均为波宏公司根据用户工况特点测量定制。切实保障使用效果
为保障人身安全，每面柜面板都贴有注意事项及高压危险等警示语，设置有电气及机械闭锁功能。
自动型无功控制器可根据负荷情况自动投入电容支路，自动调节功率因数。
安装有放电器，在电容器脱离电源后5秒种，将电容器的残留电压放到额定电压的10%以下。
结构设计合理，安装维护方便 。特别设计电路 ，情况下均不影响用户其它设备正常生产。
自动控制:配总开关 ，接触器，可以频繁投切。
手动控制:配总开关，满足滤波和节电要求。
1.中频炉无功补偿常见的问题
钢铁厂的四套20T中频电炉全部用24个脉冲整流。电能质量计显示35KV线路主要有7、8、9、10 、23和25次谐波。总电压畸变率高达7%左右 ，电能质量不合格 。随后 ，一套过滤设备，3,4,5,64个分支。滤波装置投入运行后，7、8、9 、10的电压谐波从1%左右降至0.5% ，但第23、25次谐波基本没有降至2.4% 。总谐波失真率约为3%，有时超过标准。除此之外，当中频感应炉刚启动(约10分鐘) ，5P和6P电容的环路电流量将提升到一定水平，高值为1，一切正常平稳数值80A。问题:如何滤除1: 23和25谐波 ，就好像没有23和25滤波支路一样 ？为何2: 5p和6p电容器的支路电流量会产生变化？“它是谐振的吗？”为什么电容器支路电流在中频电炉的中后期相对稳定？附上5p和6p的电压谐波曲线无功补偿装置
无功补偿装置
2. 参数设置不当引起的异常
由于移相电容器动态无功补偿系统的工作原理是通过增加容抗来抵消系统的感抗，因此可以调节系统的无功功率。
3. 负荷变动造成不匹配
针对网站内部原始负荷较小，将来负荷慢慢提升的状况。因为动态无功补偿系统软件的设计方案中存有一定的数据冗余，假如拓展量不超出数据冗余量，则不容易造成动态无功补偿出现异常。恰恰是因为企业设备的更新和改造，所以提高了原有设备的电力要素之后，系统的需求没有得到减少，容量就不匹配了 。例如：隧道灯原来使用线圈整流高压纳米机，然后改为电子整流高压纳米机。
大的影响也发生在正负无功功率变化很大的场合 。如果企业设备组的无功分量较大 ，则设备组下班后停止工作后 ，系统的无功分量主要来自变压器等供电设备。此时，如果系统所需的容量小于一组电容器的小容量，系统将会有过补偿或欠补偿 。这都是公司变电器轻载后功率因素不符合规定的要素之一 。
4. 容量不匹配
一般控制板装有12组输出功率移相电容器，容积不配对关键是因为电容器模块容积配备过大导致的 。断根据每个单体容量固定，系统所需的容量比单体容量小的容量小的情况下，容器组不投入工作时，系统中存在低功率因素(长期补充)，电容器投入时由于投入的容量过大导致系统的容量过大(同样引起的容量因素过低)坚决控制不当的话 ，电容器投入、切断 、投入、切断、切断形成投入和切断的振动 。
5.电网状况及用电设备
1)1#变压器容量为16000KVA，变比为35KV/10KV，下带负载为2台7200KVA的中频炉变和1800KVA的加热炉变，中频炉运行产生的特征高次谐波以11、13次为主，滤波装置进入10KV母线 。
2)4#变压器容量为20000KVA ，变比为35KV/10KV ，主要负载为10KV母线侧的8000KVA中频炉变和总输出为4200KW直流轧机，滤波装置进入10KV母线 。
6.投资效果分析
6.1.总投资:本项目分2个阶段实施，即1#变压器和4#变压器。在这种情况下 ，只变更谐波滤波器和无功补偿装置总投资超过50万元 。
6.22.谐波治理及无功补偿效果
滤波装置投入运行后 ，系统10KV侧谐波电压畸变率从10.5%降至3.85%，谐波电流畸变率也从10.20%降至7.1% ，所有谐波均在我公司标准允许值内 。系统的功率因数也从0.827提高到0.99。过滤装置投入运行后 ，系统消耗的总无功功率减少了4800千瓦时。
6.3.节电效果
1)线路频率损失后的节电
如果公司1#主变压器全年大负荷消耗3000小时(τ) ，线路功率损耗与传输功率之比为0.03，用δ表示，则补偿后的年度节电:
△WL=SL*cosφ1*δ*τ*{1-[cosφ1/cosφ2]2}
=0.8×16000×0.827×0.03×3000×[1-(0.827/0.99)]
≈288000(kw·h)
注:0.8为主变负荷率
2）补偿后变压器全年节电量:
△WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]
=240×{(0.8×16000)/16000}2×3000×0.30218
≈140000(kw·h)
式中Pd为变压器短路损耗,为240KW
3）补偿投入后的全年总的节电效果:
△W=△WL+△WT
=288000+140000=428000(kw·h)= 428000x0.58元=24.8万元
式中 ：电费按0.58元/度，负荷1年工作时间为3000小时
4）力率电费的节约:
依据本地域电费定价方法，客户全年度需付款的功率因数调节以下:(以本地供电局功率因数评定点为0.9测算，若赔偿前客户系统软件功率因数为0.827 ，功率因数罚率为+3.5% 。)
功率因数罚款电费=有效电费*功率因数=有效电力*年工作时间*电费单价*功率因数投入的设备具有一定的节能效果，通过无效补偿功率因数提高，年节电效果明显，只需节电之一，就能在6个月内回收投资 。投资效益显著 。
=10500*3000*0.58*3.5%=64万元
由于无功补偿装置的输入,系统功率因数达到0.99以上的功率因数评价点,因此不会产生功率因数惩罚,但将有一部分回报 。
力率奖励电费=有功电费*力率=有功功率*全年工作小时*电费单价*力率
10500*3000*0.58*0.75%=13.7万元
5）合计全年节约电费 ：24.8+64+13.7=102.5万元
7.投资回收期
投资回收期约为：54/102.5≈6个月
8.结论
通过投资谐波治理设备，
1)有效抑制谐波，提高用户用电质量，延长用户用电设备的使用寿命和生产效率；同时，在节能减排过程中，降低了谐波对电网的影响，有效控制了谐波污染，取得了显著的社会效益。
9.中频炉无功补偿装置设备特点介绍
本装置为户内柜式结构，柜内安装主要元件如接触器 、电抗器、电容器、仪表、放电线圈 、避雷器 、等均为波宏公司根据用户工况特点测量定制。切实保障使用效果
为保障人身安全，每面柜面板都贴有注意事项及高压危险等警示语，设置有电气及机械闭锁功能。
自动型无功控制器可根据负荷情况自动投入电容支路，自动调节功率因数。
安装有放电器，在电容器脱离电源后5秒种，将电容器的残留电压放到额定电压的10%以下。
结构设计合理，安装维护方便 。特别设计电路 ，情况下均不影响用户其它设备正常生产。
自动控制:配总开关 ，接触器，可以频繁投切。
手动控制:配总开关，满足滤波和节电要求。
