造纸行业电能质量解决方案

造纸行业是典型的高能耗产业,一个庞大的纸机制造系统通常采用很多大容量变压器,其负载也是多种多样,负荷水平高,电力电子装置应用日益广泛。各种非线性电力设备如变频器、整流器、及各种开关电源等大规模运用,工业控制的技术水平越来越高。与此同时,这些负载也是谐波源,产生大量的谐波,干扰电力系统。

与传统的直流调速相比,变频器可以实现交流电动机的无级调速,满足造纸工艺对电机调速控制的要求,以提高造纸的产量和质量,又可大幅度节约能源,降低生产成本。但是,不论是直流调速还是交流调速技术,其电气设计中均采用了整流电路,给系统带来了严重的谐波污染。

谐波对供电系统的危害:

对于变压器,谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加,谐波电压则会增加铁损。
谐波电流的发热作用大于有效值相等的工频电流,谐波含量较高的电流能使断路器的开断能力降低,加大了断路器容量的配置。谐波还使低压进线柜的电压保护由于相位变化而误动或拒动。

在电力系统中,因为趋肤效应,高频谐波增加了导线的谐波电阻。因此谐波电流会增加线路损耗,并降低线路的传输能力。此外谐波还可能引起浸渍绝缘局部放电,加速电缆绝缘老化,缩短电缆的使用寿命。如果加于电度表的电压、电流的波形为非正弦波,使工作磁通的波形变为非正弦波,任何非正弦波均可分解为一系列高次谐波,同频高次谐波磁通之间相互作用会产生附加力矩,因而引起附加误差,甚至造成计量混乱。

谐波的存在,会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感,如自动控制系统,在较高的畸变量可导致控制设备误动作,进而造成生产或运行中断,导致更大的经济损失。对于谐波污染的负载,一旦在生产过程中,出现误跳闸,可能造成电脑的数据丢失,轻则造成一定的经济损失,重则导致全部数据瘫痪,由于谐波电流的影响将会带来非常恶劣的影响。

谐波还可能使电容补偿系统产生谐振,造成补偿系统无法投运,或导致熔断器反复烧毁,最终结果是系统功率因数很低,长期的积累效应导致无功消耗过多而被供电部门罚款。

谐波源集中设计:

先进的造纸电气系统设计,一般通过各种负载的优化配置及大量的谐波模拟计算,将高谐波负载较为集中地设计在少数几台变压器的母线系统中,这样就方便对谐波进行集中处理,从而改善过去那种因为谐波负载分散造成的谐波无处不在、处理成本居高不下的局面。

同时,由于谐波负载的功率因数主要受谐波影响较大,采用有源滤波器滤除谐波后,系统的自然功率因数就提高了。这样,常规的电容补偿设备可以少配甚至不配,进一步提高了设备利用率,降低了成本。
通过安装有源滤波器,滤波效果非常显著,电流谐波畸变率可由滤波前的40%,降低到滤波后10%左右,功率因数也从0.7提高到0.9以上。
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