Urządzenia do kompensacji mocy biernej i kontroli harmonicznych dla przemysłu metalurgicznego

Urządzenia do kompensacji mocy biernej i kontroli harmonicznych dla przemysłu metalurgicznego

Jako główny filar systemu przemysłowego, przemysł metalurgiczny podejmuje kluczową misję polegającą na wytapianiu i przetwarzaniu metali. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na metale we współczesnym przemyśle, przedsiębiorstwa metalurgiczne w dalszym ciągu powiększają swoją skalę, a także stale podnosi się poziom mocy i automatyzacji urządzeń produkcyjnych. Jednak w następstwie - utraty mocy biernej i zanieczyszczeń harmonicznych stały się „niewidzialnymi przeszkodami” ograniczającymi wydajną, bezpieczną i{3}}energooszczędną produkcję przedsiębiorstw metalurgicznych. Dlatego wdrożenie skutecznej kompensacji mocy biernej i kontroli harmonicznych stało się obowiązkowym zadaniem dla-rozwoju wysokiej jakości przemysłu metalurgicznego.

I. Podstawowe problemy związane z jakością energii w przemyśle metalurgicznym

W odróżnieniu od zwykłych scenariuszy przemysłowych, charakterystyka zużycia energii w przedsiębiorstwach metalurgicznych prowadzi do złożoności i powagi ich problemów z jakością energii, które odzwierciedlają się głównie w trzech podstawowych aspektach:

● Po pierwsze, duże i złożone obciążenia energetyczne. Podstawowy sprzęt produkcyjny przedsiębiorstw metalurgicznych to głównie obciążenia indukcyjne-o dużej mocy, charakteryzujące się dużą wydajnością, silnym wpływem obciążenia, szybkim startem-zatrzymaniem i hamowaniem oraz pracą ciągłą. Od-szybkiej pracy walcowni po-wytapianie w wysokich temperaturach w elektrycznych piecach łukowych – każdy zakład produkcyjny stawia niezwykle wysokie wymagania w zakresie stabilności sieci energetycznej.

● Po drugie, wysoki udział-obciążeń nieliniowych. Wraz z popularyzacją technologii automatyzacji warsztaty metalurgiczne coraz powszechniej wdrażają sprzęt energoelektroniczny, taki jak silniki prądu stałego, silniki prądu przemiennego napędzane przetwornicami, urządzenia do regulacji prędkości o zmiennej częstotliwości, transformatory i reaktory. Podczas pracy urządzenia te przerywają sinusoidalny przebieg prądu sieci energetycznej, stając się głównym źródłem harmonicznych.

● Po trzecie, poważne zanieczyszczenie jakości energii. Działanie podstawowych urządzeń, takich jak walcownie i elektryczne piece łukowe, będzie bezpośrednio powodować wahania napięcia i migotanie w sieci energetycznej, powodując niezrównoważenie trójfazowe-, niski współczynnik mocy, zwiększone straty w linii i inne problemy. Nadmierna zawartość harmonicznych stworzyła nawet „harmoniczne zagrożenia publiczne”, które nie tylko wpływają na bezpieczną i stabilną pracę systemu elektroenergetycznego, ale także zmniejszają wydajność pracy i żywotność urządzeń elektrycznych, niosąc ukryte zagrożenia dla bezpieczeństwa produkcji.

● Dlatego rozwiązywanie problemów kompensacji mocy biernej i kontroli harmonicznych w hutniczych systemach dystrybucyjnych jest nie tylko kluczem do zapewnienia jakości energii i bezpiecznej pracy systemu elektroenergetycznego, ale także ważnym działaniem na rzecz ograniczenia zużycia energii, poprawy efektywności produkcji i minimalizacji zagrożeń bezpieczeństwa dla przedsiębiorstw.

II. Typowe obciążenia w przemyśle metalurgicznym: główne źródła harmonicznych i mocy biernej

Charakterystyki obciążenia różnią się znacznie w różnych ogniwach produkcji metalurgicznej, a powodowane przez nie problemy z jakością energii mają swoje własne cele. Wśród nich trzy najbardziej reprezentatywne obciążenia są głównymi składnikami harmonicznych i mocy biernej:

Typowe obciążenie	Charakterystyka podstawowa	Generacja Harmoniczna	Wahania mocy biernej	Wpływ na sieć energetyczną
Elektryczny piec łukowy	Nieliniowa i przejściowa odporność na łuk; asymetryczny łuk trój-fazowy	Duża ilość harmonicznych-wysokiego rzędu (do 30% fali podstawowej)	Poważne wahania	Najpoważniejsze (migotanie napięcia,-nierównowaga trzech faz, składowa przeciwna-prądu)
Piec rafinacyjny	Stabilne warunki pracy; brak okresu topienia	Pewne harmoniczne (mniejsze niż w przypadku elektrycznego pieca łukowego)	Stosunkowo stabilny	Umiarkowany (wpływa na jakość zasilania i żywotność sprzętu)
Piec średniej częstotliwości	Wysoka wydajność; małe wahania obciążenia; proces prostowania i inwersji	Duża liczba harmonicznych (generowanych przez prostowanie i inwersję)	Niska fluktuacja; wysoki współczynnik mocy	Umiarkowany (zanieczyszcza sieć energetyczną, wpływa na otaczający sprzęt)

 

1. Elektryczny piec łukowy: Jako podstawowe wyposażenie hutnictwa metalurgicznego jest także głównym źródłem zanieczyszczenia jakości energii. Nie-liniowość i przejściowe zmiany rezystancji łuku generują dużą liczbę harmonicznych-wysokiego rzędu. Tymczasem asymetryczny łuk trój-fazowy podczas pracy elektrycznych pieców łukowych prądu przemiennego będzie wytwarzał prąd-o kolejności przeciwnej, co prowadzi do braku równowagi-trójfazowej sieci elektroenergetycznej i oczywistego migotania napięcia, co ma najpoważniejszy wpływ na sieć energetyczną. Zgodnie z praktycznymi przykładami zastosowań zawartość harmonicznych podczas pracy elektrycznego pieca łukowego może osiągnąć ponad 30% fali podstawowej, poważnie zakłócając normalną pracę sieci energetycznej.

2. Piec rafinacyjny: W porównaniu z elektrycznymi piecami łukowymi warunki pracy pieców rafinacyjnych są bardziej stabilne bez okresu topienia, a zmiany mocy czynnej i biernej są stosunkowo stabilne. Chociaż jego wpływ na sieć energetyczną jest mniejszy niż w przypadku elektrycznych pieców łukowych, nadal generuje pewne harmoniczne i straty mocy biernej. W przypadku długotrwałej-eksploatacji będzie to miało również wpływ na jakość zasilania i żywotność sprzętu, czego nie można zignorować.

3. Piec średniej częstotliwości: Wysoko-wydajny i energooszczędny-urządzenia do wytapiania, które przekształca prąd przemienny o częstotliwości-50 Hz w moc o częstotliwości pośredniej (powyżej 300 Hz) poprzez prostowanie i inwersję. Charakteryzuje się małymi wahaniami obciążenia, wysoką wydajnością, niskimi wahaniami mocy biernej i wysokim współczynnikiem mocy. Jednakże łącza prostujące i inwersyjne generują dużą liczbę harmonicznych. Jeśli nie zostanie ono kontrolowane w odpowiednim czasie, zanieczyszcza środowisko sieci energetycznej i wpływa na normalne działanie otaczających urządzeń. Na przykład piec o średniej częstotliwości w zakładzie obróbki maszyn spowodował kiedyś zmniejszoną wydajność sprzętu elektrycznego i zwiększone koszty zużycia energii z powodu nadmiernych harmonicznych.

III. Zagrożenia harmonicznymi i mocą bierną w hutniczych systemach zasilania

W przypadku branż-energochłonnych-i energozależnych-, takich jak metalurgia, zagrożenia powodowane przez harmoniczne i moc bierną mają charakter systematyczny i wpływają nie tylko na sprzęt i sieci elektroenergetyczne, ale także bezpośrednio wpływają na wydajność produkcji i bezpieczeństwo przedsiębiorstw:

 

● Z punktu widzenia sieci elektroenergetycznej straty mocy biernej zmniejszają sprawność przesyłu mocy, zwiększają straty liniowe i transformatorowe oraz prowadzą do niestabilności napięcia w sieci elektroenergetycznej. Nadmierne harmoniczne zniekształcają kształt fali napięcia, powodują-nierównowagę trzech faz, a nawet rezonują z bateriami kondensatorów, powodując wypadki związane z bezpieczeństwem, takie jak pęknięcie kondensatora. Na przykład w przedsiębiorstwie stalowym doszło kiedyś do przepalenia linii neutralnej w wyniku superpozycji trzeciej harmonicznej na linii neutralnej, co spowodowało całkowitą przerwę w dostawie prądu w zakładzie i bezpośrednie straty ekonomiczne w wysokości ponad 10 milionów juanów.

● Z punktu widzenia sprzętu, harmoniczne przyspieszają starzenie się izolacji sprzętu elektrycznego, skracają żywotność podstawowego wyposażenia, takiego jak transformatory i silniki, oraz zwiększają wskaźnik awaryjności sprzętu i koszty konserwacji. Rdzeń transformatora generuje dodatkowe straty w wyniku harmonicznych prądu wirowego, przy wzroście temperatury 1,5-krotności wartości normalnej; utrata miedzi w uzwojeniach stojana silnika wzrasta w wyniku efektu naskórkowego, zmniejszając wydajność o 5% -10%. Tymczasem harmoniczne zakłócają działanie systemów sterowania PLC, powodując skoki danych produkcyjnych, wpływając na stabilność jakości produktu i zwiększając odsetek odrzutów.

● Z punktu widzenia kosztów przedsiębiorstwa niski współczynnik mocy doprowadzi do kar finansowych za korektę współczynnika mocy nałożonych przez zakłady energetyczne, a zanieczyszczenia harmoniczne zwiększą zużycie energii i zmniejszą wydajność produkcji, przynosząc w dłuższej perspektywie znaczne straty ekonomiczne przedsiębiorstwom. Dlatego kontrola mocy harmonicznej i mocy biernej jest nie tylko wymogiem redukcji kosztów i poprawy wydajności, ale także podstawą bezpiecznej produkcji przedsiębiorstw hutniczych.

IV. Ukierunkowane rozwiązania: Optymalna kontrola jakości energii dla przemysłu metalurgicznego

Praktyki branżowe, ukierunkowane na problemy związane z jakością energii w przemyśle metalurgicznym i połączone z charakterystyką typowych obciążeń, udowodniły, że skoordynowana kontrola generatora statycznego Var Generator (SVG) i aktywnego filtra mocy (APF) jest najbardziej wydajnym i stabilnym rozwiązaniem, które może osiągnąć podwójny cel: „kompensację mocy biernej + filtrowanie harmonicznych” oraz całkowicie rozwiązać problemy z jakością energii.

 

Sprzęt kontrolny	Funkcja podstawowa	Szybkość reakcji	Kluczowa zaleta	Efekt aplikacji
SVG	Dynamiczna kompensacja mocy biernej	Mniejszy lub równy 5 ms	Żadnego nadmiernego-/niedostatecznego-wynagrodzenia; stabilizować napięcie sieciowe	Współczynnik mocy Większy lub równy 0,95; Skutecznie kontrolowane migotanie napięcia
APF	Dynamiczne filtrowanie harmonicznych	Mniejszy lub równy 10 ms	Precyzyjne filtrowanie (harmoniczne od 2 do 50); brak rezonansu	Współczynnik zniekształceń prądu Mniejszy lub równy 3,45%; spełniają standardy krajowe

 

1. Statyczny generator Var (SVG): dynamicznie kompensuje moc bierną i stabilizuje napięcie sieci

Tradycyjne metody kompensacji mocy biernej (takie jak kondensatory przełączane tyrystorowo, reaktory sterowane tyrystorem itp.) charakteryzują się niską szybkością reakcji i łatwą-kompensacją lub niedostateczną-kompensacją, w związku z czym nie dostosowują się do charakterystyki dużego wpływu obciążenia i szybkich wahań mocy biernej sprzętu metalurgicznego. Z kolei SVG stał się preferowanym sprzętem do kompensacji mocy biernej w przemyśle metalurgicznym ze względu na przewagę-dynamicznej kompensacji w czasie rzeczywistym.

SVG może wykryć prąd bierny w sieci energetycznej w czasie rzeczywistym i szybko wyprowadzić prąd kompensacyjny o tej samej wartości i fazie przeciwnej do obciążenia biernego, realizując płynnie regulowaną kompensację mocy biernej, całkowicie eliminując nad{0}}kompensację i niedostateczną-kompensację, skutecznie stabilizując napięcie sieci energetycznej i tłumiąc migotanie napięcia. Na przykład w projekcie renowacji walcowni firmy produkującej stal nierdzewną zastąpienie tradycyjnych urządzeń kompensacyjnych MCR urządzeniami SVG zwiększyło prędkość reakcji z ponad 200 ms do 5 ms, podniosło współczynnik mocy z 0,85 do ponad 0,95, skutecznie kontrolowało migotanie napięcia i całkowicie rozwiązało problemy, takie jak migotanie światła i nierówna moc wyjściowa walcarki. Ponadto wysokiej-jakości produkty SVG mogą stabilnie kompensować współczynnik mocy systemu do wartości ponad 0,98, skutecznie uwalniając moc transformatorów i kabli oraz pośrednio oszczędzając inwestycje kapitałowe wymagane do zwiększania wydajności przedsiębiorstwa.

2. Aktywny filtr mocy (APF): dynamicznie filtruj harmoniczne i oczyszczaj środowisko sieci energetycznej

Typowymi źródłami harmonicznych są urządzenia takie jak przetwornice częstotliwości, prostowniki i piece średniej częstotliwości stosowane w przemyśle metalurgicznym. Tradycyjne filtry LC nie są w stanie zapewnić precyzyjnego filtrowania i są podatne na rezonans z siecią energetyczną. Jako „zabójca harmonicznych” APF może przeciwdziałać problemom zanieczyszczeń harmonicznych w przemyśle metalurgicznym.

Jego zasada działania polega na połączeniu APF równolegle z obciążeniami generującymi harmoniczne. Wykrywając w czasie rzeczywistym prąd harmoniczny generowany przez obciążenie, reguluje on sam, aby wyprowadzić prąd kompensacyjny o tej samej wartości i fazie przeciwnej do prądu harmonicznego, kompensując w ten sposób wpływ harmonicznych na sieć dystrybucyjną i realizując precyzyjne filtrowanie harmonicznych od 2. do 50. Po zastosowaniu APF w hucie całkowity współczynnik odkształceń harmonicznych prądu po-stronie niskiego napięcia transformatora rozdzielczego został znacznie zmniejszony, a zawartość głównych harmonicznych, takich jak 5. i 7. harmoniczna, zmieniła się z przekraczającej normę na zgodną z normami krajowymi. Dane z innego projektu pokazują, że po uruchomieniu APF można zmniejszyć współczynnik zniekształceń prądu w systemie z 25,56% do poniżej 3,45%, kompleksowo poprawiając stabilność sieci elektroenergetycznej.

Warto zauważyć, że w trudnych warunkach produkcyjnych w przemyśle metalurgicznym, takich jak pyły metalowe i mgła kwaśna, urządzenia SVG i APF o wysokim poziomie ochrony mają więcej zalet, umożliwiając-długoterminową stabilną pracę w złożonych środowiskach i zapewniając trwałość efektów kontroli.

Kontrola jakości energii umożliwia ekologiczny i wydajny rozwój przemysłu metalurgicznego

Wysokiej-jakości rozwoju przemysłu metalurgicznego nie da się oddzielić od wsparcia stabilnej, wydajnej i czystej energii. Kompensacja mocy biernej i kontrola harmonicznych są nie tylko kluczem do rozwiązania problemów z jakością energii, ale także ważnym wsparciem dla przedsiębiorstw hutniczych w obniżaniu kosztów, poprawie efektywności, zapewnieniu bezpiecznej produkcji i osiągnięciu zielonej transformacji.

Dzięki ciągłemu ulepszaniu technologii energoelektroniki wydajność urządzeń SVG i APF jest stale optymalizowana i zostały one w dojrzały sposób zastosowane w wielu scenariuszach przemysłu metalurgicznego -, od kontroli harmonicznych elektrycznych pieców łukowych i pieców rafinacyjnych po kompensację mocy biernej walcowni. Urządzenia te stanowią silne wsparcie dla przedsiębiorstw metalurgicznych w rozwiązywaniu problemów związanych z jakością energii, zmniejszaniu zużycia energii, minimalizowaniu awarii i zwiększaniu korzyści.

W przyszłości, wraz z transformacją przemysłu metalurgicznego w kierunku inteligencji i ekologii, wymagania dotyczące jakości energii ulegną dalszej poprawie. Technologie kompensacji mocy biernej i kontroli harmonicznych również będą w dalszym ciągu wprowadzane w życie, nadając nowy impuls zrównoważonemu rozwojowi przemysłu metalurgicznego i pomagając przemysłowi w osiągnięciu celów rozwojowych w zakresie „oszczędności energii, wydajności i bezpieczeństwa”.

Skontaktuj się teraz