Оборудование компенсации реактивной мощности и контроля гармоник для металлургической промышленности

Оборудование компенсации реактивной мощности и контроля гармоник для металлургической промышленности

Являясь основой промышленной системы, металлургическая промышленность берет на себя ключевую миссию по выплавке и обработке металлов. В условиях растущего спроса на металлы в современной промышленности металлургические предприятия продолжают расширять свои масштабы, а уровень мощности и автоматизации производственного оборудования также постоянно совершенствуется. Однако за этим последовали все более заметные проблемы с качеством электроэнергии. - Потери реактивной мощности и гармоническое загрязнение стали «невидимыми препятствиями», ограничивающими эффективное, безопасное и энергосберегающее-производство металлургических предприятий. Поэтому реализация эффективной компенсации реактивной мощности и контроля гармоник стала обязательной задачей для качественного-развития металлургической промышленности.

I. Основные проблемы качества электроэнергии в металлургической промышленности

В отличие от обычных промышленных сценариев, характеристики энергопотребления металлургических предприятий приводят к сложности и серьезности проблем с качеством электроэнергии, которые в основном отражаются в трех основных аспектах:

● Во-первых, тяжелые и сложные силовые нагрузки. Основное производственное оборудование металлургических предприятий в основном представляет собой индуктивные нагрузки большой-мощности, отличающиеся большой мощностью, сильным нагрузочным воздействием, быстрым запуском-остановкой и торможением, а также непрерывной работой. От высокоскоростных-прокатных станов до высоко-выплавки в электродуговых печах — каждое звено производства предъявляет чрезвычайно высокие требования к стабильности энергосистемы.

● Во-вторых, высокая доля нелинейных-линейных нагрузок. С популяризацией технологий автоматизации металлургические цеха широко внедряют силовое электронное оборудование, такое как двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока с приводом от преобразователей, устройства регулирования скорости с переменной частотой, трансформаторы и реакторы. В процессе работы это оборудование нарушает синусоидальную форму тока электросети, становясь основным источником гармоник.

● В-третьих, серьезное загрязнение качества электроэнергии. Работа основного оборудования, такого как прокатные станы и электродуговые печи, напрямую вызывает колебания напряжения и мерцание в электросети, что приводит к трех-дисбалансу фаз, низкому коэффициенту мощности, увеличению потерь в сети и другим проблемам. Избыточное содержание гармоник даже сформировало «гармонические опасности для населения», которые не только влияют на безопасную и стабильную работу энергосистемы, но и снижают эффективность работы и срок службы электрооборудования, создавая скрытые опасности для безопасности производства.

● Поэтому решение задач компенсации реактивной мощности и контроля гармоник в энергосистемах металлургического предприятия является не только залогом обеспечения качества электроэнергии и безопасной эксплуатации энергосистемы, но и важным мероприятием по снижению энергопотребления, повышению эффективности производства и минимизации рисков безопасности предприятий.

II. Типичные нагрузки в металлургической промышленности: основные источники гармоник и реактивной мощности

Характеристики нагрузки сильно различаются в разных звеньях металлургического производства, и вызываемые ими проблемы с качеством электроэнергии имеют свою направленность. Среди них три наиболее репрезентативные нагрузки вносят основной вклад в гармоники и реактивную мощность:

Типичная нагрузка	Основные характеристики	Гармоническая генерация	Колебания реактивной мощности	Влияние на энергосистему
Электродуговая печь	Не-линейное и переходное сопротивление дуги; асимметричная трехфазная-дуга	Большое количество гармоник высокого-порядка (до 30 % основной волны)	Сильное колебание	Наиболее серьезные (мерцание напряжения, трехфазный-дисбаланс фаз, ток обратной-последовательности.
Рафинировочная печь	Стабильное рабочее состояние; нет периода плавления	Определенные гармоники (меньше, чем в электродуговой печи)	Относительно стабильный	Умеренная (влияет на качество электропитания и срок службы оборудования)
Печь промежуточной частоты	Высокая эффективность; небольшие колебания нагрузки; процесс выпрямления и инверсии	Большое количество гармоник (генерируемых путем выпрямления и инверсии)	Низкие колебания; высокий коэффициент мощности	Умеренный (загрязняет электросеть, влияет на окружающее оборудование)

 

1. Электродуговая печь: Являясь основным оборудованием металлургической плавки, он также является основным источником загрязнения электроэнергии. Не-нелинейность и переходные изменения сопротивления дуги порождают большое количество гармоник высокого-порядка. Между тем, асимметричная трехфазная-дуга во время работы дуговых печей переменного тока будет создавать ток обратной-последовательности, что приводит к трех-дисбалансу фаз электросети и очевидному мерцанию напряжения, что оказывает наиболее серьезное воздействие на электросеть. Согласно практическим примерам применения, содержание гармоник во время работы электродуговой печи может достигать более 30% основной волны, серьезно мешая нормальной работе электросети.

2. Рафинировочная печь: По сравнению с электродуговыми печами рабочее состояние рафинировочных печей более стабильно без периода плавки, а изменения активной и реактивной мощности относительно стабильны. Хотя его воздействие на энергосистему меньше, чем у электродуговых печей, оно все же генерирует определенные гармоники и потери реактивной мощности. При длительной-эксплуатации это также повлияет на качество электроснабжения и срок службы оборудования, что нельзя игнорировать.

3. Печь промежуточной частоты.: Высоко-эффективное и энергосберегающее-плавильное оборудование, которое преобразует переменный ток частотой 50 Гц- в мощность промежуточной частоты (выше 300 Гц) посредством выпрямления и инверсии. Он отличается небольшими колебаниями нагрузки, высоким КПД, низкими колебаниями реактивной мощности и высоким коэффициентом мощности. Однако звенья выпрямления и инверсии генерируют большое количество гармоник. Если не принять своевременный контроль, это приведет к загрязнению окружающей среды электросети и повлияет на нормальную работу окружающего оборудования. Например, печь промежуточной частоты на машиностроительном заводе однажды привела к снижению эффективности электрооборудования и увеличению затрат на энергопотребление из-за чрезмерных гармоник.

III. Опасности гармоник и реактивной мощности в системах электроснабжения металлургических предприятий

Для отраслей с высоким-энергопотреблением-энергозависимыми-например, металлургии, опасности, вызванные гармониками и реактивной мощностью, носят систематический характер, затрагивая не только оборудование и электросети, но и напрямую влияя на эффективность производства и безопасность предприятий:

 

● С точки зрения энергосистемы потери реактивной мощности снижают эффективность передачи электроэнергии, увеличивают потери в линиях и трансформаторах и приводят к нестабильному напряжению электросети. Чрезмерные гармоники искажают форму волны напряжения, вызывают трех-дисбаланс фаз и даже резонируют с батареями конденсаторов, вызывая несчастные случаи, связанные с безопасностью, например взрывы конденсаторов. Например, на сталелитейном предприятии однажды произошло перегорание нейтральной линии из-за наложения 3-й гармоники на нейтральную линию, что привело к полному отключению электроэнергии на заводе и прямым экономическим потерям в размере более 10 миллионов юаней.

● С точки зрения оборудования гармоники ускоряют старение изоляции электрооборудования, сокращают срок службы основного оборудования, такого как трансформаторы и двигатели, а также увеличивают частоту отказов оборудования и затраты на техническое обслуживание. Сердечник трансформатора генерирует дополнительные потери из-за гармонических вихревых токов с повышением температуры в 1,5 раза по сравнению с нормальным значением; потери в меди в обмотках статора двигателя увеличиваются из-за скин-эффекта, снижая КПД на 5–10%. Между тем, гармоники мешают работе систем управления ПЛК, вызывая скачки производственных данных, влияя на стабильность качества продукции и увеличивая процент брака.

● С точки зрения затрат предприятия, низкий коэффициент мощности приведет к штрафам за корректировку коэффициента мощности со стороны энергетических ведомств, а гармоническое загрязнение увеличит потребление энергии и снизит эффективность производства, что в долгосрочной перспективе приведет к значительным экономическим потерям для предприятий. Таким образом, регулирование гармонической и реактивной мощности является не только требованием снижения затрат и повышения эффективности, но и залогом безопасного производства металлургических предприятий.

IV. Целевые решения: оптимальный контроль качества электроэнергии для металлургической промышленности

С целью устранения проблем с качеством электроэнергии в металлургической промышленности и в сочетании с характеристиками типичных нагрузок отраслевая практика доказала, что скоординированное управление генератором статической переменной мощности (SVG) и активным фильтром мощности (APF) является наиболее эффективным и стабильным решением, которое может достичь двойной цели: «компенсация реактивной мощности + фильтрация гармоник» и полностью решить проблемы качества электроэнергии.

 

Оборудование управления	Основная функция	Скорость отклика	Ключевое преимущество	Эффект применения
SVG	Динамическая компенсация реактивной мощности	Меньше или равно 5 мс	Никакой сверх-компенсации или недостаточной-компенсации; стабилизировать напряжение сети	Коэффициент мощности Больше или равен 0,95; эффективно контролируется мерцание напряжения
НПФ	Динамическая фильтрация гармоник	Меньше или равно 10 мс	Точная фильтрация (2-50 гармоники); нет резонанса	Коэффициент искажения тока Меньше или равен 3,45 %; соответствовать национальным стандартам

 

1. Генератор статической переменной мощности (SVG): динамическая компенсация реактивной мощности и стабилизация напряжения сети.

Традиционные методы компенсации реактивной мощности (такие как конденсаторы с тиристорным управлением, реакторы с тиристорным управлением и т. д.) имеют проблемы с низкой скоростью реакции и легкой избыточной-компенсацией или недостаточной-компенсацией, а также неспособностью адаптироваться к характеристикам воздействия большой нагрузки и быстрых колебаний реактивной мощности металлургического оборудования. Напротив, SVG стал предпочтительным оборудованием для компенсации реактивной мощности в металлургической промышленности благодаря своим преимуществам динамической компенсации-в реальном времени.

SVG может обнаруживать реактивный ток в электросети в режиме реального времени и быстро выдавать компенсационный ток равной величины и противоположной фазе реактивной нагрузке, реализуя плавно регулируемую компенсацию реактивной мощности, полностью устраняя чрезмерную-компенсацию и недостаточную-компенсацию, эффективно стабилизируя напряжение электросети и подавляя мерцание напряжения. Например, в проекте реконструкции прокатного стана компании по производству нержавеющей стали замена традиционных компенсационных устройств MCR на SVG увеличила скорость срабатывания с более чем 200 мс до 5 мс, увеличила коэффициент мощности с 0,85 до более 0,95, эффективно контролировала мерцание напряжения и полностью решила такие проблемы, как легкое мерцание и неравномерность производительности прокатного стана. Кроме того, высококачественные-продукты SVG могут стабильно компенсировать коэффициент мощности системы до уровня более 0,98, эффективно высвобождая мощность трансформаторов и кабелей и косвенно экономя капитальные вложения, необходимые для расширения мощностей предприятия.

2. Фильтр активной мощности (APF): динамическая фильтрация гармоник и очистка среды электросети.

Такое оборудование, как преобразователи частоты, выпрямители и печи промежуточной частоты в металлургической промышленности, являются типичными источниками гармоник. Традиционные LC-фильтры не могут обеспечить точную фильтрацию и склонны к резонансу с электросетью. Являясь «убийцей гармоник», APF может решать проблемы гармонического загрязнения в металлургической промышленности.

Принцип его работы заключается в подключении APF параллельно с нагрузками, генерирующими гармоники. Обнаруживая гармонический ток, генерируемый нагрузкой, в режиме реального времени, он контролирует выходной компенсационный ток равной величины и противоположной фазе гармоническому току, тем самым компенсируя влияние гармоник на распределительную сеть и осуществляя точную фильтрацию гармоник со 2-й по 50-ю. После внедрения APF на металлургическом заводе общий коэффициент гармонических искажений тока на стороне низкого-напряжения распределительного трансформатора был значительно снижен, а содержание основных гармоник, таких как 5-я и 7-я гармоники, изменилось с превышения стандарта до соответствия национальным стандартам. Данные другого проекта показывают, что после ввода APF в эксплуатацию коэффициент искажения тока системы может быть снижен с 25,56% до менее 3,45%, что значительно улучшит стабильность электросети.

Стоит отметить, что для суровых производственных условий металлургической промышленности, таких как металлическая пыль и кислотный туман, оборудование SVG и APF с высокими уровнями защиты имеет больше преимуществ, обеспечивая длительную-стабильную работу в сложных средах и обеспечивая устойчивость управляющих воздействий.

Контроль качества электроэнергии способствует экологичному и эффективному развитию металлургической промышленности

Качественное-развитие металлургической отрасли невозможно отделить от поддержки стабильной, эффективной и экологически чистой энергетики. Компенсация реактивной мощности и контроль гармоник являются не только ключом к решению проблем с качеством электроэнергии, но и важной поддержкой для металлургических предприятий в снижении затрат, повышении эффективности, обеспечении безопасного производства и достижении «зеленой» трансформации.

Благодаря постоянной модернизации силовой электронной технологии производительность оборудования SVG и APF постоянно оптимизируется, и они широко применяются в различных сценариях металлургической промышленности -, от гармонического управления электродуговыми печами и рафинировочными печами до компенсации реактивной мощности прокатных станов. Это оборудование обеспечивает надежную поддержку металлургическим предприятиям в решении проблем с качеством электроэнергии, снижении энергопотребления, минимизации сбоев и улучшении выгод.

В будущем, по мере перехода металлургической отрасли к интеллектуальному и экологичному производству, требования к качеству электроэнергии будут еще более повышаться. Технологии компенсации реактивной мощности и контроля гармоник также будут продолжать внедрять инновации, придавая новый импульс устойчивому развитию металлургической промышленности и помогая отрасли достичь целей развития «энергосбережения, эффективности и безопасности».

Свяжитесь сейчас