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国家石油天然气管材工程技术研究中心实验室采用台达有源电力滤波器 (APF) 彻底解决电能质量问题

行业背景
热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却,通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。

金属热处理加热和保温时用到电阻炉、热处理炉、中频炉等电炉,冷却和流水线则用到变频器水泵、电机等负载,而这些都为非线性设备,不仅产生大量谐波,而且导致了电网的不平衡,对电能质量造成严重破坏,对同一条母线上的检测、控制设备、精密仪器等造成影响,尤其在重载时,对配电安全的影响很大。

具体项目
国家石油天然气管材工程技术研究中心实验室(宝鸡钢管研究院)

问题描述

工程实验中心调试运行时,出现以下现象:

  1. 投入部分负载,在配电容量满足时却不能同时投入负载,供电带载效率非常低;
  2. 全新的电容补偿器(容量1.1MVar)合闸即跳脱,无法投入使用;
  3. 管材热处理装置的加热性能达不到预期的效果,加热速度仅为预期的一半;
  4. 对电能质量敏感的测量和控制设备多次无故损坏;
  5. 配电变压器与输电铜排振动强烈并伴有噪音,存在很大的供电安全隐患。

原因分析
工程中心的同一条2.5MVA变压器母线下,电阻加热炉(三相半桥可控晶闸管整流,呈三角波,主要为2、4等偶次谐波)谐波含量达到150%以上,两柔性热处理(三相不平衡)不平衡度为100%,变频水泵的电流畸变也达到100%以上(典型6脉波),电压与电流畸变水平均大大超出国标要求。

解决方案
如此恶劣的电能状况危及到工程中心的正常、安全运行,必须进行治理,治理方案为对主要的谐波负载采用负载侧终端治理的方案,如下图所示,热处理炉配置两套PQCA-380-75-375C4对不平衡与谐波同时治理,电阻炉配置两套PQCA-380-75-300C4补偿2、4等偶次谐波,变频水泵配置一套PQCA-380-75-375C4,同时预留扩容插槽。

热处理炉配置两套PQCA-380-75-375C4对不平衡与谐波同时治理,电阻炉配置两套PQCA-380-75-300C4补偿2、4等偶次谐波,变频水泵配置一套PQCA-380-75-375C4,同时预留扩容插槽。

治理效果
PQC系列APF 投入后效果非常明显,数据如下表所示:

PQC系列APF 投入后效果非常明显,数据表

PQC投入前后实测数据如下图所示:

PQC投入前后实测数据

项目总结
台达PQC系列APF的投入,彻底解决了管材工程中心的电能质量问题,也由此给客户带来了附加的价值,得到了客户很好的认可,总结一下在该工程中心的客户价值有:

  1. 治理后谐波含量符合国标GB/T14549-93标准;
  2. 视在电流下降600A左右,配电效率提高,带载能力超出设计要求,且在一定程度上带来可观的节电效果;
  3. 电容补偿器能正常投入,同时解决了电力部门无功罚款问题;
  4. 热处理炉加热速度由4度/秒提高至8度/秒;
  5. 长时间监测协同工作的设备运行平稳,安全得到保障;
  6. 配电变压器与输电铜排的噪音和振动问题基本消除解决,提高配电的稳定性。

项目现场
项目现场的热处理装置、电阻炉、台达APF、钢管处理的图片:

Heat treating equipment, resistance furnace, Delta APF, and pipe treatment pictures taken on-site. 

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