密炼机谐波治理的案例分析

摘要：本文针对工业用电设备密炼机在使用过程中产生的谐波，对公用电网造成的危害及污染，提出的解决方案，即安装谐波滤波装置后，对电网产生的谐波前后对比，最终达到滤波补偿的目的。

关键词：电缆厂、轮胎厂、谐波、无源滤波补偿

一、     密炼机的原理

密炼机一般采用的都是变频直流电机，轧橡胶时功率因数较低，一般在0.6～0.5左右，空转期在0.9左右，它们最大的一个特点就是工作周期较短，速度快，属于冲击性负荷，一般的一个过程大概在几秒种左右，视橡胶原料加入的重量而定，无功波动大。功率大的密炼机还会引起电网电压急剧波动，使灯光，电视机屏幕产生闪烁，引起人的视觉疲劳而烦燥，此外还影响可控硅设备，精密仪表或加工设备的稳定运行，甚至产生质量事故，普通的电容器组补偿，根本无法实时跟踪负荷变化进行有效的补偿，机械触点因频繁投切易损，且对电网的冲击较大。

密炼机由于采用的电气传动为晶闸管整流技术，所以在工作时除了功率因数较低外，同时也产生高次谐波，一般国内采用的是六脉动整流技术，所以产生的谐波主要以5，7次为主，高次谐波对电网主要影响：引起电气设备发热，振动，增加损耗，缩短寿命，干扰通讯，使可控硅误触发，部分继电保护误动作，电气绝缘老化损坏等。

二、行业概述

目前很多轮胎厂在炼胶时都是采用密炼机来实现的，主要有270，370的密炼机。而电缆厂多采用135、190型密炼机。这些密炼机在使用过程中产生大量的高次谐波，主要以5、7、11次为主，5次最大；且功率因数低。一造成无功罚款，二造成谐波对其它设备的干扰，造成微机误动作、电容柜无法正常投切。

三、谐波治理方案的分析和选择

根据谐波源的类型以及各次谐波电流的值，确定滤波装置的类型和采用几组滤波装置。

3.1 密炼机系统的滤波方案

密练机为直流电机系统,电气传动采用的是晶闸管整流技术，在工作时不同程度地产生了一定的谐波发生量，根据我司以往在橡胶轮胎行业所做的密炼机谐波治理工程可知，密炼机工作时，在用户配电系统中， 5次谐波电流含量可以达到了20%～25%，7次谐波电流可以达到12%～15%及11次谐波电流可以达到了5%～7%，高次谐波电流注入上级高压电网，将导致电力系统中高次谐波含量迅速增长，引起供电电压波形畸变，增加了线损和用电设备的损耗，造成了多余的能耗，同时影响电网其他用电设备的正常运行，降低了电能质量，对设备的安全运行造成了安全隐患。

对于密炼机设备主要设计5、7、11次滤波通道，根据谐波情况有必要，可增加一组高通滤波通道，用于吸收较高次以上的谐波，其原理图如下

3.2 密炼机系统的滤波方案

3.2.1 根据对4000KVA变所带密炼机系统的谐波电流、电压的测试，具体数据如下:

表一：未装滤波补偿装置前的谐波值

根据以上数据可以看出，中频炉在使用过程中产生了大量的高次谐波，主要表现为5、7、11、13次谐波，其5、7、11次均已超过国家标准（GB/T14549-93）之标准，系统谐波电压远也超过国家标准(具体标准限值这里就不做详细说明，可查阅相关书籍)。

2.2.2         治理方案

根据系统功率因素，以及谐波分量，设计滤波补偿装置参数如下;

5次滤波支路：基波补偿容量为1200kvar，电抗器电感量为0.212mH，分两个支路。

7次滤波支路：基波补偿容量为600kvar，电抗器电感量为0.108mH。

滤波支路投切装置采用大功率平板式晶闸管进行投切，滤波补偿装置投入后系统谐波情况如下：

表二：滤波补偿装置投入后系统谐波数据

根据表二数据可以看出，滤波补偿装置投入后，系统谐波大幅下降，谐波电压、电流均达到国家标准之要求。无功也没有产生过补情况，功率因数满足要求。

3.2.3 对滤波补偿装置与系统的安全性进行仿真

图一：仿真电路

图中：

、 、——系统阻抗参数；

——电力滤波与无功补偿装置次谐波阻抗，针对电力滤波与无功补偿装置不同的组合方式， 有不同的值；

——广义负载次谐波阻抗；

——配电电缆电容参数；

——配电网内非线性负载的谐波电流发生量；

——非线性负载注入系统的谐波电流；

——非线性负载注入系统的谐波电流所产生的谐波电压。

通过对本密炼机系统的建模仿真，设计的谐波滤波装置与系统不会产生谐振，整个滤波支路是安全可靠的，具体仿真效果见下图;

通过上图可以看出，5次谐波有75%的吸收，7次谐波也有70%的吸收，11次以上也有60%的吸收。

二、     系统调试

滤波补偿装置安装完毕后，可进行基波参数测试，一般方法和步骤如下：

3.1 单组滤波补偿装置离线，接入电压电源（三相660V），测量滤波电容器、滤波电抗器的电流和电压。根据测试记录计算每个元件的基波参数。

3.2滤波补偿装置的主接线以及保护装置的测试，系统绝缘和耐压的检测。

3.3系统的阻抗的测试：滤波补偿装置初始投入运行不稳定或滤波效果不佳是常见的，原因是系统设计参数与实际参数不符，导致系统与滤波装置综合特性偏离设计曲线。如能实地测试系统阻抗参数，对现场调试和问题的解决将有很大作用。密炼机谐波治理的案例分析

摘要：本文针对工业用电设备密炼机在使用过程中产生的谐波，对公用电网造成的危害及污染，提出的解决方案，即安装谐波滤波装置后，对电网产生的谐波前后对比，最终达到滤波补偿的目的。

关键词：电缆厂、轮胎厂、谐波、无源滤波补偿

一、     密炼机的原理

密炼机一般采用的都是变频直流电机，轧橡胶时功率因数较低，一般在0.6～0.5左右，空转期在0.9左右，它们最大的一个特点就是工作周期较短，速度快，属于冲击性负荷，一般的一个过程大概在几秒种左右，视橡胶原料加入的重量而定，无功波动大。功率大的密炼机还会引起电网电压急剧波动，使灯光，电视机屏幕产生闪烁，引起人的视觉疲劳而烦燥，此外还影响可控硅设备，精密仪表或加工设备的稳定运行，甚至产生质量事故，普通的电容器组补偿，根本无法实时跟踪负荷变化进行有效的补偿，机械触点因频繁投切易损，且对电网的冲击较大。

密炼机由于采用的电气传动为晶闸管整流技术，所以在工作时除了功率因数较低外，同时也产生高次谐波，一般国内采用的是六脉动整流技术，所以产生的谐波主要以5，7次为主，高次谐波对电网主要影响：引起电气设备发热，振动，增加损耗，缩短寿命，干扰通讯，使可控硅误触发，部分继电保护误动作，电气绝缘老化损坏等。

二、行业概述

目前很多轮胎厂在炼胶时都是采用密炼机来实现的，主要有270，370的密炼机。而电缆厂多采用135、190型密炼机。这些密炼机在使用过程中产生大量的高次谐波，主要以5、7、11次为主，5次最大；且功率因数低。一造成无功罚款，二造成谐波对其它设备的干扰，造成微机误动作、电容柜无法正常投切。

三、谐波治理方案的分析和选择

根据谐波源的类型以及各次谐波电流的值，确定滤波装置的类型和采用几组滤波装置。

3.1 密炼机系统的滤波方案

密练机为直流电机系统,电气传动采用的是晶闸管整流技术，在工作时不同程度地产生了一定的谐波发生量，根据我司以往在橡胶轮胎行业所做的密炼机谐波治理工程可知，密炼机工作时，在用户配电系统中， 5次谐波电流含量可以达到了20%～25%，7次谐波电流可以达到12%～15%及11次谐波电流可以达到了5%～7%，高次谐波电流注入上级高压电网，将导致电力系统中高次谐波含量迅速增长，引起供电电压波形畸变，增加了线损和用电设备的损耗，造成了多余的能耗，同时影响电网其他用电设备的正常运行，降低了电能质量，对设备的安全运行造成了安全隐患。

对于密炼机设备主要设计5、7、11次滤波通道，根据谐波情况有必要，可增加一组高通滤波通道，用于吸收较高次以上的谐波，其原理图如下

3.2 密炼机系统的滤波方案

3.2.1 根据对4000KVA变所带密炼机系统的谐波电流、电压的测试，具体数据如下:

表一：未装滤波补偿装置前的谐波值

根据以上数据可以看出，中频炉在使用过程中产生了大量的高次谐波，主要表现为5、7、11、13次谐波，其5、7、11次均已超过国家标准（GB/T14549-93）之标准，系统谐波电压远也超过国家标准(具体标准限值这里就不做详细说明，可查阅相关书籍)。

2.2.2         治理方案

根据系统功率因素，以及谐波分量，设计滤波补偿装置参数如下;

5次滤波支路：基波补偿容量为1200kvar，电抗器电感量为0.212mH，分两个支路。

7次滤波支路：基波补偿容量为600kvar，电抗器电感量为0.108mH。

滤波支路投切装置采用大功率平板式晶闸管进行投切，滤波补偿装置投入后系统谐波情况如下：

表二：滤波补偿装置投入后系统谐波数据

根据表二数据可以看出，滤波补偿装置投入后，系统谐波大幅下降，谐波电压、电流均达到国家标准之要求。无功也没有产生过补情况，功率因数满足要求。

3.2.3 对滤波补偿装置与系统的安全性进行仿真

图一：仿真电路

图中：

、 、——系统阻抗参数；

——电力滤波与无功补偿装置次谐波阻抗，针对电力滤波与无功补偿装置不同的组合方式， 有不同的值；

——广义负载次谐波阻抗；

——配电电缆电容参数；

——配电网内非线性负载的谐波电流发生量；

——非线性负载注入系统的谐波电流；

——非线性负载注入系统的谐波电流所产生的谐波电压。

通过对本密炼机系统的建模仿真，设计的谐波滤波装置与系统不会产生谐振，整个滤波支路是安全可靠的，具体仿真效果见下图;

通过上图可以看出，5次谐波有75%的吸收，7次谐波也有70%的吸收，11次以上也有60%的吸收。

二、     系统调试

滤波补偿装置安装完毕后，可进行基波参数测试，一般方法和步骤如下：

3.1 单组滤波补偿装置离线，接入电压电源（三相660V），测量滤波电容器、滤波电抗器的电流和电压。根据测试记录计算每个元件的基波参数。

3.2滤波补偿装置的主接线以及保护装置的测试，系统绝缘和耐压的检测。

3.3系统的阻抗的测试：滤波补偿装置初始投入运行不稳定或滤波效果不佳是常见的，原因是系统设计参数与实际参数不符，导致系统与滤波装置综合特性偏离设计曲线。如能实地测试系统阻抗参数，对现场调试和问题的解决将有很大作用。