电弧炉无功补偿及谐波治理案例

电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。

然而，谐波问题却成为了影响电力系统质量的一个不容忽视的因素。

谐波不仅会导致电力设备的损坏，还会增加电能损耗，降低电力系统的可靠性。

因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有十分重要的意义。

一、谐波的产生要理解谐波，首先需要了解它的产生原因。

谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。

常见的非线性负载包括各种电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等，以及电弧炉、荧光灯等。

以变频器为例，它通过对电源进行快速的通断控制来实现对电机转速的调节。

在这个过程中，电流和电压的波形不再是标准的正弦波，而是包含了各种频率的谐波成分。

整流器在将交流电转换为直流电的过程中，由于其工作特性，也会产生谐波。

同样，电弧炉在工作时，电弧的不稳定燃烧会导致电流的剧烈变化，从而产生谐波。

二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。

对电力设备而言，谐波会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗，导致设备发热增加，缩短使用寿命。

对于电容器来说，谐波电流可能会使其过载甚至损坏。

在电能质量方面，谐波会导致电压和电流波形的畸变，使电能质量下降，影响用电设备的正常运行。

例如，对于计算机等精密电子设备，谐波可能会引起数据丢失、误操作等问题。

此外，谐波还会增加电力系统的无功功率，降低功率因数，从而增加线路损耗和电能浪费。

三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析。

目前，常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换、小波变换和瞬时无功功率理论等。

傅里叶变换是谐波分析中最常用的方法之一。

它可以将一个复杂的周期性信号分解为不同频率的正弦波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。

然而，傅里叶变换在处理非平稳信号时存在一定的局限性。

小波变换则能够很好地处理非平稳信号，它通过对信号进行多尺度分析，可以更准确地捕捉到信号在不同时间和频率上的特征。

某公司谐波治理与无功补偿方案随着现代工业的高速发展，电力负载不断增加，越来越多的设备并网运行，导致电网周围的电环境发生了越来越多的变化。

其中，谐波、电流等非线性问题也日益突出，这些问题如果得不到有效的治理，将导致电力系统的稳定性和可靠性受到威胁。

针对这些问题，我公司研发了一套独特的谐波治理与无功补偿方案，以此来提高电力系统的可靠性和稳定性，并保障电网安全稳定运行。

1. 什么是谐波谐波是指频率为整数倍于基波频率的交流电信号。

在交流电路中，由于电力设备存在着诸如电感、电容等非线性元器件，在交流电路中就会产生谐波电流和谐波电压。

这些谐波会对传输设备、供电负荷、附加设备等产生影响。

在电力系统中，谐波问题是现行电网不可避免的问题之一。

2. 谐波治理方案为解决谐波带来的实际问题，我公司推出了一种谐波治理方案——使用谐波滤波器。

具体实现中，我们可以根据谐波频率的不同，选用不同的谐波滤波器进行过滤和矫正。

经过灵活的方案制定和严格的参数选择，可以实现精确的谐波滤波。

通过实验和实际应用，使用我们的谐波治理方案，可以有效抑制电力系统中的谐波，进而提高系统的稳定性，减小设备的损耗，降低功率的损耗，并降低电能质量的波动。

这样不仅可以提高其使用寿命，还可以降低电网的维护成本。

3. 无功补偿方案除了谐波问题外，电力系统还存在着无功问题。

无功是指交流电中的能量不是按一定方向转移的，导致系统中出现了无功功率。

这样会引起发电机和输电线路的功率问题，从而影响电力系统的稳定性。

为此，我公司也研发出了一套无功补偿方案。

通过使用无功补偿装置来控制负载电气性能，可以在处理组合无功负载时，对电力系统的稳定性和可靠性产生影响，减小负载并维护系统的正常运行。

通过控制无功功率的大小、相位和频率，无功补偿方案还可以提高电气设备的功率因数和效率，降低电能损耗，减轻电力设备和线路的负荷，延长电器使用寿命和节省能源，使电网运行更加稳定，更加可靠。

4. 结论在现代社会，电力资源已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。

中频炉谐波治理装置无功补偿及中频炉谐波解决方案中频炉行业分析谐波分为三类，即零序、负序、和正序。

零序的谐波如3次，6次，9次，12次，……，产生不变的磁场，使变压器、用电负载、线缆等的磁性损耗大大的增高，特别是造成中性线（零线）过流（是正常电流的3～20倍），并转化为高热而损失电能或产生事故。

负序的谐波如2次，5次，8次，11次，……，产生反方向的旋转磁场，使转动设备力矩下降，浪费动力而损失电能；正序的谐波如4次，7次，10次，13次，……，则产生间歇正向磁场，使转动设备转速不稳并与负序分量一起，造成设备的振动和抖动。

谐波的存在使电力设备损耗增加、寿命缩短、绝缘老化、温度升高。

高次谐波的存在对通讯系统工程产生干扰。

对自动化产生误动作。

加大计量误差。

影响设备正常运行。

当电网安装有补偿电容时，问题尤其严重。

高次谐波可能因电容器组的配置而造成系统谐波放大，产生并联或串联谐振。

损坏供、用电设备，或者进入电容器组,造成电容器组过载而发生击穿报废。

中频电炉属于典型谐波源，产生大量谐波，造成补偿电容器无法正常投入运行，功率因数达不到供电要求的0.9以上。

中频炉典型案例分析某铸造公司主要设备为中频电炉，中频电炉属于典型谐波源，产生大量谐波，造成补偿电容器无法正常投入运行，功率因数达不到供电要求的0.9以上，每月产生无功罚款1.2万元左右，变压器温度在夏季达75度，造成电能浪费，寿命缩短。

中频电炉铸造车间以0.66KV电压供电，其主要负荷为6脉动整流中频炉，整流设备在工作中在把交流变为直流的同时产生大量的谐波，属典型谐波源；谐波电流注入电网，在电网阻抗上产生谐波电压，引起电网电压电流畸变，影响供电质量及运行安全，使线路损耗及电压偏移增加，对电网和工厂本身电气设备均会产生不良的影响。

三相桥式全波整流电路将工频50HZ整流成脉动的直流电，可以调节的直流电压UD，来调节负载电流。

LD为滤波电抗，是把工频和中频网络隔开，并把直流电流滤成平化的波形。

赞比亚谦比西钢厂电弧炉无功补偿及谐波治理工程案例2012-07-03 11:06:20| 分类：专业篇|举报|字号订阅作者：北京赤那思电气技术有限公司,平孝香,郭秀霞来源：输配电产品应用开关卷总第78期1概述随着炼钢业和冶炼技术的发展，越来越多的电弧炉设备投入到生产当中，其容量越来越大。

由于其自身的工作特性，造成了日益严重的谐波污染问题，严重影响到了电能质量，对其谐波治理已经迫在眉睫。

本文以赞比亚谦比西钢厂项目为例介绍了电弧炉的无功补偿及谐波治方案。

研究了电弧炉系统的电气模型、并对其产生的谐波电流进行了分析，结合实际电弧炉系统的谐波测试情况对该电弧炉系统谐波给出了治理方案。

2电弧炉的工作特点电弧炉属非线性负荷，在工作的过程中会产生高次谐波，而且电弧炉的用电量很大，电炉变压器的容量从数兆伏安到数十兆伏安。

从钢铁的冶炼工艺分,电弧炉的工作过程可分为三个阶段：熔化期、氧化期和还原期。

钢铁在熔化期的用电量很大，氧化期和还原期的用电量明显降低。

钢铁在熔化期内不仅电弧炉的用电量最大，而且在这个阶段由于下降电极起弧和炉料崩塌使电极接触废钢而造成短路,其后快速提升电极又拉断电弧造成断路,短路期间内产生很大的电流,造成三相不平衡。

在冶炼过程中由于电磁力和炉内气流的作用以及钢液和炉渣的流动，使电弧放电的路径不断变化和弧隙电离程度不断变化，从而引起负荷电流变化大、变化速度快、变化频繁而无规则。

3用户供电系统参数及考核指标3.1主变压器参数型号：额定容量：Se=31.5MVA电压变比：110/10kV短路阻抗百分数：UK=10.47%系统短路容量110kV侧：Sdmax=870MVASkmin1=652MVA3.210KV电弧炉的谐波发生量表1电弧炉谐波发生量3.3电弧炉供电系统图3.4考核的技术指标3.4.1平均功率因数要求10kV母线的月平均功率因数：cosφ≥0.95，不过补。

3.4.2闪变要求满足国家标准GB12326-2000《电能质量电压允许波动和闪变》的要求：10kV电压波动：△U≦1.25%闪变：Pst=0.9，Plt=0.7110kV电压波动：△U≦1.0%闪变：Pst=0.8，Plt=0.63.4.3谐波电压要求按国标GB/T14549-93的规定，供电系统各电压等级下允许的电压畸变率如表二所示。

电石炉无功补偿与谐波抑制发布时间：2023-02-23T02:10:44.677Z 来源：《新型城镇化》2023年1期作者：秦鹏山[导读] 对用户自身和供电电网的电能质量危害很大。

本文针对某厂电石炉运行时谐波较大和补偿后功率因数仍然很低的情况进行了分析，提出了具体的治理方案。

新疆圣雄电石有限公司新疆吐鲁番 838100摘要：电石炉运行时，很低的功率因数使得损耗增加效率降低，产生的谐波使电网电能质量降低。

讨论了电石炉无功补偿的方法，针对某厂电石炉实际运行的情况，给出了无功补偿和谐波抑制的方案，收到了节能增效的效果。

关键词：电石炉；无功补偿；谐波抑制电石炉是一种高耗能的冶炼设备，具有电阻电弧炉的特性。

它的功率因数由炉内电弧及炉料的电阻R和电源回路中的电阻r和电抗决定x。

通常电石炉的自然功率因数都在0.8以下，这样低的功率因数使得短网损耗很大，炉变容量不能充分利用，整个系统效率很低。

同时，工业电弧炉也是现代电力系统中主要的谐波源之一，对用户自身和供电电网的电能质量危害很大。

本文针对某厂电石炉运行时谐波较大和补偿后功率因数仍然很低的情况进行了分析，提出了具体的治理方案。

1 电石炉实际运行情况某厂有三台电石炉，其中12 500 k V·A两台、16 500 k V·A一台，分别经相同容量的电石炉变压器接在35 k V母线上。

根据运行资料，两台12 500 k V·A的电石炉功率因数为0.77，16 500 k V·A的电石炉功率因数为0.84；向电网注入2、3、4、5、6、7次谐波，其中3、5次谐波超过了国家标准规定的上限值。

因此，要对电石炉负荷进行无功补偿和谐波抑制。

鉴于此，该厂在35 k V进线处实施了无功补偿，测量结果显示，补偿装置投运功率因数没有提高。

因此，需要寻找原因，并重新设计补偿方案。

2无功补偿装置2.1高压补偿电石炉变压器高压侧电压一般为10kv、53kv或11kv。

谐波治理与⽆功补偿应⽤案例谐波治理与⽆功补偿应⽤案例⼀、钢铁⾏业的应⽤河北某钢铁公司专业⽣产多品种的不锈钢榜、线型材，炼钢年设计产能30万吨，轧钢年设计产能45万吨，年产值逾60亿元。

公司职⼯1000余⼈，⼚区建筑⾯积6万多平⽅⽶。

⼆、电⽹状况及⽤电设备（1）1#变压器容量为16000KVA，变⽐为35KV/10KV，下带负载为2台7200KVA中频炉变和⼀台1800KVA加热炉变，中频炉运⾏产⽣的特征谐波以11、13次为主，滤波装置接⼊10KV母线。

（2）4#变压器容量为20000KVA，变⽐为35KV/10KV，主要负载为10KV母线侧2台8000KVA中频炉变和总功率为4200KW 直流轧机，滤波装置接⼊10KV母线。

三、投资效果分析1、总投资：本项⽬分2段实施，分别为1#变、4#变。

本案列仅讨论1#变，1#变谐波滤除及⽆功补偿装置总投资五⼗多万元。

2、谐波治理及⽆功补偿效果滤波装置投⼊后，系统10KV侧谐波电压畸变率由10.5%降到了3.85%，谐波电流畸变率也由10.20%降到了7.1%，各次谐波均在国标允许值以内。

系统功率因数也从0.827提升到了0.99，滤波装置投⼊后，系统消耗的总⽆功功率减少了4800Kvar。

3、节电效果（1）线路频率损后的节电设公司1#主变最⼤负荷全年耗电时间为3000⼩时(τ),线路电能损耗于传输电能⽐为0.03以δ表⽰.则,补偿后的全年节电量:△W L=S L*cosφ1*δ*τ*{1-[cosφ1/cosφ2]2}=0.8×16000×0.827×0.03×3000×[1-(0.827/0.99)]≈288000(kw·h)注:0.8为主变负荷率（2）补偿后变压器全年节电量:△W T=△P d*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=240×{(0.8×16000)/16000}2×3000×0.30218≈140000(kw·h)式中P d为变压器短路损耗,为240KW（3）补偿投⼊后的全年总的节电效果:△W=△W L+△W T=288000+140000=428000(kw·h)= 428000x0.58元=24.8万元式中：电费按0.58元/度，负荷1年⼯作时间为3000⼩时（4）⼒率电费的节约:根据浙江地区的电费计价⽅式，⽤户全年应交纳的功率因数调整电费约为：（以当地供电局功率因数考核点为0.9计算，补偿前⽤户系统的功率因数为0.827,则功率因数罚款⼒率为+3.5%。

谐波治理及无功补偿装置节电项目案例分析在理想情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。

但在实际电力系统运行中，由于电力用户接有大量非线性负荷，向电力系统注入谐波电流因而使电力系统的电压和电流波形发生畸变，直接影响了电能质量。

电力用户的各种整流设备、交直流换流设备、电子电压调整设备、电弧炉、感应炉等非线性负荷产生的谐波，不仅危害了电网安全，增加了电网的损耗，而且还直接造成用户端无功补偿电容器组的谐波电流放大和谐振，从而导致无功补偿电容器因过负荷或过电压而损坏。

谐波滤波及无功补偿成了非线性负荷电力用户关注和要解决的突出问题。

马鞍山是我国钢铁生产基地之一。

钢铁生产工艺中的非线性负荷产生的谐波一直受到电网企业、电力用户及节能生产服务公司的高度重视。

采用分组分级动态补偿技术，很好地解决了谐波滤波及无功补偿问题，且运行安全可靠，节电效果明显。

现就该装置的运用实例介绍如下。

1实例1：马鞍山创新钢厂1.1基本情况马鞍山创新钢厂于1999年8月份进行扩建并转入正式生产，是一个黑色金属冶炼与压力加工企业。

其主要设备有“热轧—火成材”全连轧机组1台，50m3制氧机1台，0.5t中频感应炉3台，以及各种配套辅助设备。

全厂用电设备总容量达2300kW。

1.2谐波滤波及无功补偿装置投运情况早在1997年该厂曾在230轧机主电动机(245kW)上安装了无功就地补偿装置，使该厂功率因数由0.7提高到0.9以上，主变压器出力增加20%，同时线电流大幅降低，节电率达25%，在保证电能质量及设备安全可靠的同时，减少了电费支出，其经济效益十分明显。

1999年8月“热轧—火成材”全连轧机组投运后，产生的高次谐波使功率因数降低。

从1999年7月至10月间，因功率因数考核不合格该厂被罚款7.6万元。

为此，该厂采取了以下谐波滤波及无功补偿措施：(1)在2500kVA主变压器(35/6kV)6kV侧新装自动补偿及滤波装置主、副柜各1台。

一．系统概述根据某铜业厂提供的现有配电系统情况可知，工厂现有35KV进线一条，该线非该厂专线。

厂内主要负荷为电解铜生产线及大功率电机等用电设备。

因电解铜生产线采用的是可控硅整流装置。

由于可控硅整流装置的六脉及12脉整流特性，在运行过程中将产生以6N±1和12N±1（N为正整数）为主的谐波电流注入电网，危及到其它用电设备及电网的用电安全。

同时因系统功率因数比较低，故用户在10KV母线上安装了一套高压电容补偿柜，但由于电解铜等用电设备在运行时产生了较大的谐波注入系统，而电容补偿柜在投入后又与系统发生并联谐振，对系统谐波进一步放大，造成电容补偿装置在谐波环境下运行因过载而发生较大的异常声音，甚至造成部分电容柜无法正常投入，经常造成高压补偿电容器的熔丝爆炸烧毁。

用户配电系统一次示意图如下图一所示：图一、用户配电系统示意图二．系统用电参数分析：根据对厂内变电站10KV I段母线的谐波测试数据分析，可将运行时有功功率、无功功率、功率因数及谐波的变化可归纳为：1、10KV母线平均功率因数约为0.92左右，2、母线协议容量10MVA，3、主要谐波源类型：热电解铜及大功率电机等，4、10KV线路三相功率数据分析段10KV I段母线正常运行时负荷基本相等，且负载相对较稳定。

有功功率基本都8000KW左右，功率因数相对较低，约0.92左右，无功功率也基本在2800～3300kvar之间变化。

三．谐波分析：因负载大部分采用的是六脉波及12脉波整流，产生的主要谐波为：6N±1次及12N±1（N为工频频率倍数）。

故10KV段谐波的特征次为5、7、11、13．．．．．．。

其中5、7、11次谐波相对较大，故滤波装置应考虑以滤除5、7、11次谐波为主的滤波方式。

根据我司于2007/09/21日对配电系统10KV母线 I段的谐波测试数据分析，将设备运行时产生的各次谐波值分析如下：35KV侧用户协议容10MVA，设备容量90MVA，正常方式下短路容量为689MVA。