Trường hợp nhà máy xi măng

Thông tin cơ bản của người dùng
Một nhà máy xi măng sản xuất nhiều loại bê tông xây dựng.Công ty có 3 dây chuyền sản xuất.Bộ nguồn chuyển mạch sử dụng động cơ truyền động biến tần, máy biến áp 2000KVA2, 630KVA và mỗi máy biến áp được trang bị tủ bù tụ điện ở phía áp suất phía dưới.Sơ đồ hệ thống cấp điện như sau:

Dữ liệu vận hành thực tế
Công suất đầu ra của bộ khởi động mềm cho máy biến áp 2000KVA là 1720KVA, hệ số công suất trung bình là PF=0,83, dòng điện làm việc là 2500A, công suất là máy biến áp 530KVA630KVA, hệ số công suất trung bình là PF=0,87 và dòng điện làm việc là 770A.Tủ bù công suất phản kháng dưới mỗi máy biến áp thường xuyên bị cắt điện, rò rỉ dầu tụ điện, bảng điều khiển hiển thị thông tin không cho phép vận hành bất thường.Do đó, hệ số công suất toàn diện chỉ là 0,84 và mức phạt công suất phản kháng là khoảng 20.000 trong tháng 1.Và động cơ dây chuyền sản xuất và bộ khởi động mềm đôi khi có thể làm gián đoạn quá trình sản xuất.

Phân tích tình hình hệ thống điện
Tải trọng chính của chấn lưu bộ chuyển đổi là 6 chấn lưu xung đơn.Thiết bị chấn lưu tạo ra một lượng dòng xung lớn trong quá trình chuyển đổi AC thành DC.Nó là một nguồn dòng xung điển hình và được đưa vào lưới điện.Dòng điện hài làm cho điện áp làm việc của dòng điện xung đến trở kháng đặc tính của lưới điện, dẫn đến mất khung điện áp và dòng điện làm việc, gây nguy hiểm cho chất lượng và an toàn vận hành của nguồn điện chuyển mạch, làm tăng tổn hao đường dây và sai lệch điện áp làm việc, gây ảnh hưởng xấu đến lưới điện và các nhà máy điện tự ảnh hưởng.
Giao diện máy tính của bộ điều khiển chương trình (PLC) rất nhạy cảm với sự biến dạng hài hòa của điện áp làm việc của nguồn điện chuyển mạch.Thông thường, người ta quy định rằng tổng tổn thất khung điện áp làm việc của dòng xung (THD) nhỏ hơn 5% và điện áp làm việc của dòng xung riêng lẻ. Nếu tốc độ khung hình quá cao, lỗi vận hành của hệ thống điều khiển có thể dẫn đến sự gián đoạn của sản xuất hoặc vận hành, dẫn đến tai nạn trách nhiệm sản xuất lớn.
Khi bộ tụ điện bù công suất phản kháng được đưa vào hoạt động, do trở kháng đặc tính dòng xung của bộ tụ điện nhỏ nên một lượng lớn dòng xung được đưa vào thành phần tụ điện và lượng dòng điện tăng lên nhanh chóng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của nó .Mặt khác, khi tụ điện xung của dàn tụ tương đương với dòng điện cảm tương đương của phần mềm hệ thống, việc tăng dòng điện hài (2-10 lần) sẽ khiến tụ điện quá nóng và phá hủy nó, đồng thời dòng điện xung sẽ làm cho tần số của công suất đầu ra thay đổi.Dạng sóng hình sin nằm ngoài khung, tạo ra sóng sắc nhọn hình răng cưa, sẽ gây phóng điện một phần vật liệu lớp cách điện, do đó làm tăng tốc độ giòn của vật liệu lớp cách điện và gây hư hỏng tụ điện.Do đó, không thể sử dụng tủ bù công suất phản kháng tụ điện để bù công suất biến tần và nên chọn bộ lọc có chức năng triệt tiêu dòng xung để bù công suất phản kháng điện áp thấp.

Lọc phương án xử lý bù công suất phản kháng
Mục tiêu quản trị
Thiết kế của thiết bị bù bộ lọc đáp ứng các yêu cầu về triệt tiêu sóng hài và quản lý triệt tiêu công suất phản kháng.
Ở chế độ vận hành hệ thống 0,4KV, sau khi thiết bị bù bộ lọc được đưa vào hoạt động, dòng xung bị triệt tiêu và hệ số công suất trung bình hàng tháng là khoảng 0,92.
Cộng hưởng hài bậc cao, quá điện áp cộng hưởng và quá dòng do kết nối với mạch nhánh bù bộ lọc sẽ không xảy ra.
Thiết kế tuân theo tiêu chuẩn
Chất lượng điện Sóng hài lưới điện công cộng GB/T14519-1993
Chất lượng điện năng Biến động điện áp và nhấp nháy GB12326-2000
Điều kiện kỹ thuật chung của thiết bị bù công suất phản kháng hạ áp GB/T 15576-1995
Thiết bị bù công suất phản kháng điện áp thấp JB/T 7115-1993
Điều kiện kỹ thuật bù công suất phản kháng JB/T9663-1999 “Bộ điều khiển bù tự động công suất phản kháng điện áp thấp” từ giá trị giới hạn dòng điện hài bậc cao của nguồn điện áp thấp và thiết bị điện tử GB/T17625.7-1998
Thuật ngữ kỹ thuật điện Tụ điện GB/T 2900.16-1996
Tụ điện shunt điện áp thấp GB/T 3983.1-1989
Lò phản ứng GB10229-88
Lò phản ứng IEC 289-88
Điều kiện kỹ thuật thứ tự bộ điều khiển bù công suất phản kháng hạ áp DL/T597-1996
Cấp bảo vệ vỏ điện áp thấp GB5013.1-1997
Thiết bị đóng cắt và điều khiển hoàn chỉnh điện áp thấp GB7251.1-1997

khái niệm thiết kế
Theo tình hình cụ thể của công ty, hệ số công suất và triệt tiêu dòng xung được xem xét trong phần bù bộ lọc của nguồn điện biến tần và thiết bị bù lỗi bộ lọc được đặt ở phía điện áp dưới 0,4kV của máy biến áp, có thể triệt tiêu dòng xung và bù đắp cho việc cải thiện hệ số công suất.
Trong bộ chuyển đổi, chấn lưu tạo ra dòng xung nâng cao 6K-1 theo dòng điện chuỗi Fourier, sau đó tạo ra 5 dòng xung nâng cao, mỗi dòng có tần số khoảng 250Hz và 7350Hz.Do đó, khi thiết kế bù công suất phản kháng cho lò cảm ứng tần số trung gian, cần thiết kế tần số khoảng 250Hz và 350Hz để đảm bảo nhánh bù bộ lọc có thể triệt tiêu hiệu quả dòng xung, đồng thời bù tải phản kháng và cải thiện hệ số công suất.

nhiệm vụ thiết kế
Hệ số công suất toàn diện của đường dây biến tần ghép đôi của máy biến áp xoay chiều 2000kV được bù từ 0,8 đến 0,95.Thiết bị bù bộ lọc phải được trang bị công suất 760kV, tự động chuyển đổi thành 8 bộ khối, trong đó một bộ phối hợp với bù cuộn dây ở phía điện áp dưới của máy biến áp.Khối lượng công việc điều chỉnh lớp là 45KVAR, có thể đáp ứng các yêu cầu năng lượng khác nhau của dây chuyền sản xuất.Hệ số công suất toàn diện của đường dây biến đổi ghép nối máy biến áp 630kV đã được bù và phạm vi bù là từ 0,8 đến 0,95.Thiết bị bù bộ lọc phải được trang bị khối lượng 310kV, được tự động chuyển đổi thành bốn bộ khối lượng và một bộ phối hợp với điện trở cuộn dây ở phía điện áp dưới cùng của máy biến áp để bù.Khối lượng công việc điều chỉnh lớp là 26KVAR, có thể đáp ứng các yêu cầu năng lượng khác nhau của dây chuyền sản xuất.Thiết kế sơ đồ đảm bảo đầy đủ rằng hệ số công suất vượt quá 0,95.

Phân tích hiệu ứng sau khi cài đặt bù bộ lọc
Tháng 7 năm 2010, thiết bị bù công suất phản kháng lọc biến tần đã được lắp đặt và đưa vào sử dụng.Thiết bị tự động theo dõi sự thay đổi tải của biến tần, triệt tiêu sóng hài bậc cao trong thời gian thực, bù công suất phản kháng và cải thiện hệ số công suất.chi tiết như sau:

Sau khi đưa thiết bị bù bộ lọc vào sử dụng, đường cong thay đổi hệ số công suất sau khi thiết bị bù bộ lọc được đưa vào sử dụng là khoảng 0,97 (phần nâng lên là khoảng 0,8 khi tháo thiết bị bù bộ lọc)

Hoạt động tải
Dòng điện sử dụng máy biến áp 2000KVA giảm từ 2500A xuống 2120A, giảm 15%;dòng điện sử dụng của máy biến áp 630KVA giảm từ 770A xuống 620A, giảm 19%.Sau khi bù,giá trị giảm tổn hao công suất là WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=50×{(0,85×4500)/4500}2×0,4≈34(kw h) Trong công thức, Pd là tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, là 50KW, và chi phí điện tiết kiệm hàng năm là 34*20*30*10*0,7=142.800 nhân dân tệ (dựa trên việc làm việc 20 giờ một ngày, 30 ngày một tháng , 10 tháng một năm, 0,7 nhân dân tệ mỗi kWh).

tình trạng hệ số công suất
Chỉ số kỹ thuật điện tổng thể của công ty đã tăng từ 0,8 lên 0,95 và chỉ số kỹ thuật điện hàng tháng vẫn ở mức 0,96-0,98, tăng từ hơn 20.000 nhân dân tệ mỗi tháng lên hơn 6.000-10.000 nhân dân tệ mỗi tháng.
Bộ bù công suất phản kháng điện áp thấp của bộ lọc chuyển đổi tần số có khả năng triệt tiêu dòng xung và bù tải phản kháng, giải quyết vấn đề phạt công suất phản kháng, tăng công suất đầu ra của máy biến áp, giảm tổn thất bù công suất tác dụng, tăng sản lượng và mang lại lợi ích cho công ty Lợi ích kinh tế rõ ràng đã được tạo ra và khoản đầu tư vào dự án của khách hàng chỉ mất chưa đầy một năm để mua lại khoản đầu tư dự án.Vì vậy, công ty rất hài lòng với khả năng bù công suất phản kháng của bộ lọc biến tần và sẽ giới thiệu một số khách hàng trong thời gian tới.