动态谐波节能装置在5000t水泥生产线中的应用.docx
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动态谐波节能装置在5000t水泥生产线中的应用
动态谐波滤波装置在5000t水泥生产线中的应用
[摘要]简介了某公司5000t/d新型干法水泥熟料生产线中动态谐波滤波装置的使用,及该节能装置的原理及特点,阐述了动态谐波滤波装置在水泥熟料生产线使用过程中的注意事项及应用效果。
[关键词]动态谐波滤波阻抗比
0概述
某公司2015年3月份投产的5000t/d熟料水泥生产线,从设计之初,节能环保的理念贯穿整条生产线始终。
该公司窑头电力室使用了台ABB变频器,电机全部选用二级能耗的西门子低压电机;窑中直流电机选用的是560KW西门子高效节能电机,其控制使用的是直流传动系统。
同时,在窑头电力室及窑中直流传动系统中,还使用了南京康迪欣公司的DTXB动态谐波滤波装置。
1动态谐波滤波装置简介
水泥厂电气技术人员虽然和电气设备打交道多年,但对谐波的认识不足,有一些故障如:
无功功率补偿柜投入不了,合不上开关。
甚至有的电容补偿柜爆炸,跳停窑、磨。
电动机莫名其妙地烧毁,电缆母排配电设备发热,继电器误动作、控制系统失灵。
均为谐波所致,谐波治理刻不容缓。
水泥厂电力电子设备均为晶闸管六波头负载,这些设备产生的谐波主要为5次谐波为主,5次谐波的频率是250Hz,如果用50Hz的电流表则无法测量到谐波,使技术人员忽略谐波的存在。
为了减少谐波对供电系统的影响,最根本的方法是要从产生谐波的源头抓起。
设法在谐波源附近投入谐波滤波装置、抑制谐波电流、降低谐波电压、电流,保障生产正常运行。
2动态谐波滤波装置工作原理及特点
动态谐波滤波装置主要由分级投切滤波电容器组和基于功率变换电路的可变电抗器KL组成,可变电抗器KL的一次侧绕组与多组电容器串联,电容器组根据滤除谐波频次和可变电抗器KL可调范围进行选择性投切。
二次侧由双向反并联的晶闸管和相应的保护电路构成,其回路晶闸管导通角来改变可变电抗器KL一次与二次侧的阻抗比,从而起到改变LC滤波支路电抗值的作用,最终达到动态调谐的目的,见图一所示。
其中QS:
隔离开关,QF:
断路器,KL:
可调电抗器,FS:
熔断器,KM:
电容接触器,C:
电容
图一:
动态谐波滤波装置工作原理图
晶闸管导通角的大小则由PLC控制器来控制。
PLC控制器拥有24个数字输入口和16个数字输出口,同时配置EM235模拟量输入/输出控制模块给晶闸管发出控制脉冲信号。
选用三相电参数谐波采集模块,采集经电压、电流互感器获得三相电量参数。
并将采集到三相电流信号进行FFT(谐波模块)变换得到的各次谐波电流的有效值,再通过Modbus通讯协议送给PLC控制器。
根据采集到的谐波电流信号,控制器发出开关量信号并通过中间继电器投切电容器组来调整滤波电流容量,也可以通过EM235控制脉冲触发电路调节晶闸管导通角来动态调节可变电抗器KL的电感,达到动态谐波调节的功能。
见图二所示。
图二:
动态谐波滤波装置控制原理示意图
触摸屏采用昆仑通态MCGS组态软件与PLC通过RS-485协议进行Modbus通讯,通过触摸屏可以设置变量状态。
(如选择手动投切电容器组、整定晶闸管控制电压量等)显示各变量参数(各次谐波电流值、各相电压值寻优K值控制结果等)各种设备工作状态,当参数异常和设备故障时,触摸屏还能报警。
触摸屏是人机之间的交流接口,通过此屏操作能反映设备运行状态,实物触摸屏界面见图三。
图三:
动态谐波滤波器触摸面板及监控界面
触摸屏界面电流整形效果图如图四所示。
给用户对动态谐波滤波装置过滤谐波时的第一感观,清洁电源污染,利于设备正常运行。
动态谐波滤波装置的特点:
将传统电抗器单线绕组结构设计成一次与二次绕组;可变电抗器、电容器组组成串联谐振滤波电路具有高、低压隔离电载量连续可调,阻抗可变的特点;通过软切换电容器组,使得补偿给系统的无功功率也能进行调节,从而避免无功功率的过补偿始终保持谐振频率不变,使滤波效果及精度均能得到保证;该产品兼与有源滤波器和无源滤波器的特点,滤波稳定,价格适宜。
3动态谐波滤波节能装置应用效果
水泥磨选粉机132Kw变频电机投入谐波节能装置二年来,效果明显。
试想在5000T/d水泥生产线为例的话,窑头篦式冷却机系统有10台变频电机装机容量在1000Kw~1400Kw,窑中直流传统部分直流电机630Kw~730Kw,如果能进行谐波治理,仅节能一项,就非常可观,节电效果达到3%~5%,约投入14个月能收回成本,投资回报率高,可为高耗能企业降低能耗标准作出成绩。
全国几千条水泥生产线若能得到应用,将为水泥行业节能减排、节省能源做出巨大贡献。
因为该产品滤波效果明显,节能效益突出,所以我公司又在5000t/d。
笔者认为该装置改变了产品单一滤波消谐功能的同时,又加大了对产品节能增效方面的改进,达到5%~8%的节电效果。
动态谐波滤波装置的特点:
将传统机械式单绕组电抗器结构设计成具有一次和二次绕组的电抗变换器结构,并与电力电子变换器构成电力电子电抗器和电容器的电路,磁路耦合,组成动态谐波滤波器电路;该电路具有高低压隔离,电感量连续可调,阻抗可变的特点;借助于动态谐波滤波器电路,采用智能控制算法,动态搜索跟踪谐波源,使滤波支路中谐波吸收电流达到最大值,使滤波效果及精度均能达到保证;该产品兼有源滤波器和无源滤波器的特点,滤波稳定,性价比
4结束语
动态谐波滤波装置在该公司5000t/d水泥熟料生产线中使用至今,运行平稳可靠,操作简便,节电显著,值得大型水泥熟料生产线中推广使用,尤其在水泥生产线中的窑头篦式冷却机变频机组和窑中直流传动系统使用该设备,节电效果尤为显著。
治理谐波的滤波产品已问世多年,国内外也有众多的生产厂家,但是在水泥行业谐波治理方面做得较差,如我公司所在地区几十家水泥企业没有一家水泥厂在应用滤波技术。
这一方面与电气附属设备在水泥生产流程中不受重视,企业不愿加大资金投入有关;另一方面,还担心市场产品的宣传和实际效果差别大,产品投资和回报不明确而不愿尝试采用。
在工艺、设备方面的节能减排技术已经深入挖掘的情况下,在电气方面进行新技术新设备的应用和改造就成了企业节能的关键。
为此,我们在搞清滤波产品节能增效原理情况下,首先在本地区采用了南京康迪欣电气成套设备有限公司动态谐波滤波装置,并取得了5%以上的节能效果。
1对谐波及其危害的认识
1.1对谐波的认识
1)在水泥企业中大量应用电力电子元件为基础的电源设备如:
各种变流设备(整流器、逆变器、变频器、相控调速和调压装置、大容量电力晶闸管可控开关设备)均为非线性负载,这些设备在工作中向电源反馈高次谐波,导致供电系统的电压、电流波形畸变,使电力质量变坏,所以说谐波是电力质量的重要指标之一。
2)电网供给非线性负载,使得流过的电流是非正弦波形,这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成,即产生了谐波,使电网电压严重失真,另外电网还必须向负载产生的谐波提供额外的电能。
3)供电公司目前还没有对工矿企业治理谐波有强制要求。
但国家电网发布过有关治理谐波的国家标准GB17625-1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》规定了接入公用低压配电系统中的电气、电子设备(每相输入电流≤16A)可能产生谐波的限值。
如果企业均能达到这样的标准,供电系统的品质因素大大的提高,给企业提供更加优质清洁的能源。
4)经过实地调研和探讨,发现大多数水泥厂对谐波的产生、谐波对电气设备的危害及治理谐波的必要性还存在误区和认识不足。
认为治理不治理谐波对水泥生产无关紧要,有点谐波影响了部分电气设备也不影响正常生产;安装谐波滤波产品后,节能效果不见得好。
水泥厂电气技术人员虽然和电气设备打交道多年,但对谐波的认识不足,有一些故障如:
无功功率补偿柜投入不了,合不上开关。
甚至有的电容补偿柜爆炸,跳停窑、磨。
电动机莫名其妙地烧毁,电缆母排配电设备发热,继电器误动作、控制系统失灵。
均为谐波所致,谐波治理刻不容缓。
水泥厂电力电子设备均为晶闸管六波头负载,这些设备产生的谐波主要为5次谐波为主,5次谐波的频率是250Hz,如果用50Hz的电流表则无法测量到谐波,使技术人员忽略谐波的存在。
5)为了减少谐波对供电系统的影响,最根本的方法是要从产生谐波的源头抓起。
设法在谐波源附近投入谐波滤波装置、抑制谐波电流、降低谐波电压、电流,保障生产正常运行。
1.2谐波的危害
1)谐波电流使受电设备发热,造成无功功率加大,功率因素降低,甚至有可能引发并联或串联谐振,损坏电气设备。
2)谐波电流使变压器温度升高,绝缘加速老化。
缩短使用寿命,同时增加变压器的铜损、铁损、磁损,提高变压器机械噪声。
3)谐波电流使电动机产生额外的铜损、铁损、振动噪声加大,使电动机输出功率降低,转矩降低,效率降低。
4)谐波电流导致控制系统畸变,电压零点漂移,使控制系统失控,影响邻近的电力电子设备和通讯系统,影响设备正常运行。
5)谐波电流造成电容器过电流,过电压,降低电容器使用寿命,使电力电容器发热,额定载流量减少,绝缘遭到破坏击穿。
增加电容器容量的衰减速度,使补偿滤波效果降低,造成电容器故障或放大谐波。
6)谐波电流使谐波增大,直接影响电网供电系统的品质因素,非正弦的基波导致电网电压失真,造成电网供电污染。
2动态谐波滤波装置原理及特点
动态谐波滤波装置的工作原理见图1所示,主回路由可变电抗器KL的一次绕组和滤波电容器组C串联所组成,电容器根据滤除谐波频次和可变电抗器KL可调参数进行分布式投切;可变电抗器KL的二次绕组与功率变换器构成电力电子阻抗变换器。
通过谐波取样电流值反馈到动态滤波控制系统,再由动态滤波控制系统发出指令,改变可变电抗器KL一次绕组与二次绕组间的阻抗比,从而起到改变LC滤波支路电抗值的作用,能把电容衰减后容抗减小谐振点漂移的情况下,提高可变电抗器KL电感值,使滤波支路谐振点稳定。
图1动态谐波滤波装置原理示意图————最好能提供CAD图,方便我们组版印刷
动态谐波滤波装置能滤除大量的谐波,也削减了无功功率,提高了有功功率,功率因素得到提高,对电力负载进行无功补偿,通过动态滤波控制系统使谐波滤波器在滤波支路中吸收最大值谐波电流。
大幅度减少谐波危害,提高电能质量。
动态谐波滤波装置,通过嵌入式屏设置各种变量,显示各变量参数(各次谐波电流值,各相电压值及其寻优值和控制结果等),设备工作状态和故障报警等,如图2所示。
图2嵌入式屏界面——清楚些更好
经过谐波治理后的电流整形效果图如图3所示。
由图3可知,动态谐波滤波装置的电流整形效果很好;经过谐波滤波后,电源污染得以清洁,从而利于设备的正常运行。
图3电流整形效果图——清楚的图
动态谐波滤波装置的特点:
将传统机械式单绕组电抗器结构设计成具有一次和二次绕组的电抗变换器结构,并与电力电子变换器构成电力电子电抗器和电容器的电路,磁路耦合,组成动态谐波滤波器电路;该电路具有高低压隔离,电感量连续可调,阻抗可变的特点;借助于动态谐波滤波器电路,采用智能控制算法,动态搜索跟踪谐波源,使滤波支路中谐波吸收电流达到最大值,使滤波效果及精度均能达到保证;该产品兼有源滤波器和无源滤波器的特点,滤波稳定,性价比好。
3在篦冷机风机的应用
通过与生产厂家座谈,我们了解到动态谐波滤波装置在南京某水泥厂应用已经二年多,产品运行稳定可靠。
该产品智能化操作,谐波取样电流达到开机设定值时,自动开机。
谐波取样电流达到停机设定值时,自动停机。
该产品具有过电流、过电压保护,同时还对谐波放大时的过电流、过电压冲击保护。
由于有多方位的多重保护,不会影响主机的正常运行,是真正的无人值守的高新技术产品为此,我们于2014年10月在2500t/d生产线窑头篦冷机风机变频机组首次应用动态谐波滤波装置。
篦冷机风机机组共有12台风机,其中有6台变频电机,装机容量542kW(其余6台风机是软启动),如表1所示。
————请提供可编辑的表格?
表1冷却机风机表
动态谐波滤波装置投入前,经谐波测试仪对篦冷机变频机组控制柜母排进行谐波测试,其5次谐波如图4所示。
图4滤波柜投入前变频机组控制柜母排5次谐波
图4中5次谐波电流为97A,占控制柜母排上所有负载的基波电流的7.2%,推算母排上基波电流为1.372kA。
变频机组的谐波干扰一直是我公司挠头的事情,是公认诸多干扰的重点,如窑头配电室无功功率补偿柜,就多次发生补偿柜开关合不上去的现象,主要是谐波大电流烧毁熔断器或跳仃空气开关。
直接影响无功功率的补偿。
谐波大电流还会发热击穿滤波电容,甚至还会造成滤波电容炸裂。
谐波电流使车间配电室母排发热,用电设备发热,严重时引起电机发热甚至烧毁,谐波干扰影响窑头控制系统和计量装置的正常运行。
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