轮胎厂密炼机系统无功补偿与谐波治理

２０１３年６月　现代工业经济和信息化　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｊｕｎｅ，２０１３　Ｔｏｔａｌ　ｏｆ５０　总第５０期　工程技术　轮胎厂密炼机系统无功补偿与谐波治理　邓继丰　（杭州中策清泉实业有限公司，浙江杭州３１００００）　【摘要】文章对轮胎厂密炼机系统的无功问题及谐波现状进行了分析，并分析了密炼机负荷的运行特点及谐波危　害性。通过实例测量，提出了有效的治理措施以及获得的效果。　【关键词】密炼机；有源补偿；滤波器；谐波治理　【中图分类号】ＴＱ３３０．４　【文献标识码】Ａ　［文章编号】２０９５—０７４８（２０１　３）０６—００７１—０３　引言　轮胎工业是高耗能产业，主要负荷为开炼机和密炼机，　这些设备的负载不连续，具有冲击性，造成无功功率非常　大，功率因数低。密炼机多数采用直流调速或变频调速，从　而产生大量的谐波，是一个非常典型的谐波源。较低的功率　因数和大量谐波的存在不但电能浪费还危及到工艺、电力设　备的安全运行及供电电网的电能质量　。　１　密炼机供电系统运行工况　１．１密炼机功率因数与谐波分析　分析密炼过程可以发现，密炼工艺的负荷波动既大又　快。由于密炼过程负荷的不连续性和冲击性，当负荷变化　时，无功需求也随着有功功率的变化而快速变化。密炼机炼　胶过程的功率曲线见图ｌ，变压器有功功率和无功功率波形　曲线魔图２。　时闻　图１密炼机炼胶过程的功率曲线　【收稿日期】２０１３—０３－２６　【作者简介】邓继丰（１９７７一），男，浙江杭州人，毕业于浙江　水利水电专科学校，大专，助理工程师，现就职于杭州中策清　泉实业有限公司。　≥　‘　＼　婚　雷　髁　｝卜｛　懈　时间／ｒａｉｎ　图２变压器有功功率和无功功率波形曲线　密炼机等用电设备的短时变负荷工况及其它设备的使用　使轮胎行业供电系统的功率因数一直徘徊在很低的水平，功　率因数低至０．４～０．６。密炼机多数采用直流调速或变频调速，　调速系统整流装置的使用产生大量的高次谐波，使密炼机供　电系统的电能质量受到严重污染，无功和谐波问题严重。　１．２低功率因数与谐波的危害　用电系统功率因数过低，对用户和电网都会产生危害，　其危害主要体现在以下几点：　１）降低电网有功功率的输出；　２）降低输、变电设备的供电能力，减少电力设备容量；　３）线路损耗增加、电压降增大。　谐波对电网和企业的危害性主要表现在以下几个方面：　１）降低功率因数，降低电力设备容量，增加电力损耗；　２）导致配电系统共振，危及系统安全；　３）导致无功补偿设备无法正常运行甚至烧毁；　４）引起继电保护设施的误动作，导致意外断电；　５）导致变压器、线路、电机过热，加速设备绝缘老化；　６）延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；　７）增加电压峰值，降低绝缘介质寿命；　一７１—　８）导致电力计量仪表误差；　９）干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯　设备。　２　密炼机系统无功补偿和谐波治理　２．１无功功率补偿　无功补偿主要方法是安装提供无功功率的装置或设备，　使无功功率得到补偿，从而有效地提高功率因数。最常用　的方法是采用电力电容器补偿无功，即在感性负载上并联　电容器　。　密炼机无功功率变化速度非常怏，无功功率补偿的速度　也必须满足这种决速变化，从而达到实时补偿。但是常规电　容器补偿系统的切投是通过接触器的吸合来实现的，接触器　频繁动作不但会导致触头经常烧毁，而且接触器响应时问较　慢，动作不及时，会造成系统无功功率补偿不足或过补偿。　电容器在合闸投入时还会产生较大的合闸涌流，加之合闸电　流急剧增大，振荡频率又很高，会使接触器内产生很大的机　械震动和机械应力，从而导致接触器损坏。因此密炼机系统　仅采用常规电容器补偿是不够的。　结合密炼机系统的无功功率特点及消除或抑制谐波的需　要，应采用晶闸管控制的静止无功补偿，晶闸管为无触点开　关，控制器实时跟踪无功电流，当无功电流达到设定值时，　调节器向特定的晶闸管输出动作脉冲，使之导通或截止，从　而实现对电容器的控制。脉冲测量和执行过程的动态响应时　间小于２０ｍｓ，可以实现多组电容器的快速、准确投切，既无　机械式触点的烧结问题，又可快速、准确跟踪补偿无功功　率，还可减小或消除电容器合闸涌流。　２．２谐波治理　一般常用的谐波治理的方法有二种，即无源滤波和有源　滤波。　无源滤波是将电抗器与电容器串联起来，组成串联回　路，然后并联于系统中。其特点是成本低，缺点是滤波效果　不太好，大多针对特定频率的谐波，需要人工设定谐波频　率，如果谐振频率设定得不准确，还会与系统产生谐振，并　且对电网阻抗和频率变化十分敏感。　有源滤波是在无源滤波的基础匕发展起来的，它主要是由　电子元件组成电路，能产生一个和系统的谐波同频率、同幅　度，但相位相反的谐波电流，滤波器产生的相位相反的谐波电　流正好与系统中的谐波电流相抵消。有源滤波效果好，在其额　定的无功功率范围内，滤波效果接近百分之百。根据密炼机系　统的谐波特点和电能质量要求，应采用有源滤波装置　。　３　治理工程实例　一７２—　３．１工程Ｉ青况　杭州中策清泉实业有限公司炼胶车间有多台密炼机。整　流器在供给密炼机直流电压时产生了大量的高次谐波注入电　网，造成整公司生产供电系统谐波严重超标、功率因数偏低　等诸多现象，影响供电电能质量及系统运行安全。为解决高　次谐波引起的诸多问题，根据实际检测结果制定了改造方　案。决定采用谐波滤除兼无功补偿装置对谐波和功率因数进　行综合治理，该装置既可以进行无功补偿，又能滤除谐波。　该装置比无功补偿电容器组安全，适应在谐波状态下运行，　不会与系统在整次谐波下发生并联谐振。　为验证设备实际运行效果，决定先在其中一台密炼机主　变安装了谐波滤除兼无功补偿装置。　该车间供电系统简图及供电设备如下图　１ＯＫＶ　１　０ＫＶ　ｊ　／　２　０　０　０　ＫＶ＾、，　＼　３　３　Ｏ　０Ｋ　Ｖ＾、１１　　＼　ｌ　０Ｋｖ／０　６　１　０Ｋｖ／０　６　、　、　＼　一３／　＜　、　、ｆ、～１　ｌ、１ｒ）　＼　、／　、　『　１　］　］　广　　｝产气　卜＿　Ｖ　ｌ＿　咐　痕油＃罾审栅　审　滤油婪｛　３．２治理效果　谐波滤除兼无功补偿装置投入运行后，经实际测量达到　的效果如下：　１）功率因数Ｅｈｏ．６３ＰＦ，提高Ｎｏ．９７ＰＦ。检测数据如下　电压　电流　有功功率　视在功率　无功功　功率因数　（Ｖ）　（Ａ　１　（ＫＷ）　（ＫＶＡ）　率（ＫＶａｒ１　（ＰＦ）　Ｄ绕组　投入　退出　６９１　７９９　８６０　８９０　２３０　０　９８　６５７　１　２４６　９２Ｏ　１　４６０　１　１３０　０　６３　投入　６７９　８９０　８８０　９００　１６０　０．９７　Ｙ绕组　退出　６５７　１　２８５　９７０　１　４４０　１　Ｏ７０　０　６７　２）谐波电压检测结果如下　Ｄ绕组　（％）　Ｙ绕组　％ｌ　退出　投入　退出　投入　总电压　６５７　６９１　６５７　６７９　Ｈ２　０．１　，　０　２　０　１　Ｈ３　０　４　０　３　Ｏ　５　０　３　Ｈ４　０．１　，　０　１　Ｏ　９　Ｈ５　６　８　０．９　６　７　１　４　Ｈ７　０．７　１　７　０　８　０　９　Ｈ９　０　１　０　１　Ｏ　１　０　１　Ｈ１１　５．１　０　３　４　９　０．７　Ｈ１３　１　９　０　２　１　７　０　３　Ｈ１５　Ｏ　１　０．１　０　１　０　２　Ｈ１７　３　２　，　３　１　０　１　ＴＨＤ　１１．９　２．０　１１　４　２　８　３）谐波电流测结果如下：　＼＼　态　Ｙ绕组　：Ａ）　Ｉ　＼　退出　投入　退出　投入　总电流　１　２４６　７９９　１　２８５　８９０　Ｈ２　４．９　１１　３　８　１０　Ｈ３　７　４　１８　６　４　１６　Ｈ４　６　２　３　１　７　７　３　５　Ｈ５　３８２　６７　３８７　６９　Ｈ７　１９　９　１０　２８．２　９．７　Ｈ９　１．２　４　７　１　２　４　４　Ｈ１１　１０１　１５　１０４　１７　Ｈ１３　３６　０．７　３９　３　５　Ｈ１５　１　２　２　３　２．５　１　７　Ｈ１７　５６　１８　５８　１９　ＴＨＤ　３１％　１０　２％　３０　６％　９　２％　３．３治理效果评价　５）通过治理后，有效改善了杭州中策清泉实业有限公　司的供电电能质量，有利于系统的安全、经济、长期运行。　４　结论　１）未治理前密炼机变的电压总畸变率（ＴＨＤ）都严重超出　国标５％的限值要求。经治理，密炼机电压总畸变率（ＴＨＤ）从　原来的１１．９％、１１．４％，降至２％、３％；供电变压器各次谐波　电能占企业成本的５％一２０％，有些企业占得更高。因此　如何提高电能的利用率和使用效率，保证电能质量，是企业　节能提效的重要手段。对于无功能源消耗占比大的企业，尽　都符合国标ＧＢＦＦ　１４５４９－９３《电能质量公用电网谐波》标准　要求。　２）经治理密炼机变的谐波电流都得到有效改善，未投　入时各变压器的ｓ、ｌ１次的谐波电流都严重超标，投入后超　标的各次谐波电流吸收率都大于８０％以上，符合设备设计要　求。如５次谐波电流：Ｄ绕组从３８２Ａ，降至６７Ａ；Ｙ绕组从　可能的减少无功能量的消耗，是企业节能的头等大事。补偿　无功功率要与谐波治理同时进行互相兼顾才能起到事半功倍　的效果。　［参考文献】　［１】王其营，彭志深，轮胎生产设备配置中的节能潜力ＩＪ］．橡塑技术　与装备，２００９（７）１８—２２．　３８７Ａ，降至６９Ａ，注入公共点的各次谐波电流均符合国标　ＧＢ／Ｔ　１４５４９—９３《电能质量公用电网谐波》要求。　３）滤波装置投入后系统的功率因数得到了大幅提高，变　压器功率因数都高于０．９０以上。有功功率、视在功率、无功　【２】冯培燕，李艳华，浅谈工厂供电系统中的功率因数及无功补偿　Ⅱ】　皂源与环境，２０１０（２）４０—４１．　功率都得到节省，有效降低变压器损耗和供电线路的损耗。　４）节能效果明显：无功节省、变压器损耗节省、线路　损耗节省，三项综合节省值、节电率达到１０％以上。　【３】孙亮，张琦俊，密炼机供电系统的谐波治理措施Ｕ】．电气技术，　２０１２（４）６７—８０．　Ｔｈｅ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｉｎ　ＤＣ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｍｉｘｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｔｉｒｅ　Ｐｌａｎｔ　ＤＥＮＧ　ｊｉ＿—ｆｅｎｇ　（Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｚｈｏｎｇｃｅ　Ｑｉｎｇｑｕａｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　３１００００）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｉｍｓ　ａｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｐｒ６ｂｌｅｍｓ　ｎｄ　ａｃｕｒｒｅｎｔ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｍｉｘｅｒ　ｉｎ　ｔｉｒｅ　ｐｌａｎｔ，ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍｉｘｅｒ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｈａｒｍ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｗａｖｅ．Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｌｓｏ　ｒａｉｓｅｄ　ｂｙ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅｓｕｌｔ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ＤＣ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｍｉｘｅｒ；ａｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｐａｓｓｉｖｅ　ｉｆｌｔｅｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ；ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｗａｖｅ　（上接第６７页）　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＥＣ６１８５０　ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｆｅｎｇ，ＣＡＩ　Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　０３００３２）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｍａｒｔ　ｇｒｉｄ，ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ＩＥＣ６１８５０　ｓｔｎｄａｒｄ，ｏｎ　ｔａｈｉｓ　ｂａｓｉｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｕｉｌｄｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＥＣ６１８５０　ｓｔａｎｄａｒｄ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｍｅｒｇｅ　ｃｅｌｌｓ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｌｔｅｖｅｌｓ　ａｎｄ　ｔｗｏ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｈａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｆｉｅｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，　ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｐｒｏｇｒａｍａｎｄｆｒａｍｅｗｏｒｋｍｏｄｕｌｅｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｕｎｉｆｉｅｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆｈｏｗ　ｅａｃｈ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ１　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ＩＥＣ６１８５０；ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｔｈｒｅｅ　ｌｅｖｅｌｓ　ｎｄ　ａｔＷＯ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　一７３—