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摘要：工业硅炉的谐波治理和无功补偿向来是工业硅生产中的一个重要技术问题，对于工业硅炉来说，谐波会产生巨大的影响，造成工业硅炉在生产中出现能源浪费等现象，使工业硅生产的绿色环保指数下降，为了提升工业硅生产的环保价值，我们要积极探寻工业硅炉的谐波治理及无功补偿的方法。
关键词：工业硅炉；谐波治理；无功补偿
工业硅生产是连续的,影响硅炉正常运行的因素很多,如果不能及时的调整和消除,将会使炉况恶化,生产不能顺利进行,达不到所要求的经济技术指标,严重时不能继续生产,只得停炉或再次启动,造成很大的浪费。对于工业硅炉的谐波治理和无功补偿是改善硅炉不良情况的一种办法，有助于提高工业硅生产的绿色节能价值，使工业硅行业向着绿色环保更进一步。
1工业硅炉谐波治理的意义
工业硅炉是一种冲击性的不对称负载,在其生产过程中,除了消耗大量的有功、无功功率并产生谐波、电压闪变外,还产生大量烟气,为了保护自然环境,须积极推行烟气净化,使其达标排放,并回收有用粉尘节省投资,增加效益。治理谐波及无功补偿的意义,也可以上升到从治理污染、维护绿色环境的角度来认识,对电力系统这个环境来说,无谐波、无电压闪变,就是“绿色”的主要标志的一部分。
2工业硅炉的谐波特征
2.1工业硅炉的数学模型
工业用电弧炉从用电特性上分有二种,一种是直流炉,一种是交流炉。直流电弧炉是接在整流装置上,整流装置产生的谐波可以通过傅立叶级数进行谐波分析,在供电系统和整流设备的参数对称时,得出的值是比较准确的。工程应用成功率很高。而目前工业硅炉交流炉比较多,电弧的产生息灭,引起供电回路阻抗变化极大,随机性也很大,因此对交流电弧炉不能采用傅立叶级数进行谐波分析,工程上大量采用实测和经验数据,工程应用成功率也很高
2.2工业硅炉谐波的产生
本文所说工业硅炉含硅铁炉、铁合金炉、电石炉等,工业硅炉在配电网中,特别是较小的供电电网中是重要的谐波源,和炼钢电弧炉相比,硅炉的负荷波动和谐波电流含有率较小,但随着硅炉容量的增加,6300kVA以上的硅炉越来越多,硅炉容量的增加在效率增加的同时,负荷波动和谐波电流的含有率,也随着增加。统计资料表明,硅炉的负序电流和正序电流的比值一般不超过25%,任一次谐波电流含有率一般不超过10%,并且主要谐波电流的谐波次数都较低,一般h≤7。
电弧炉谐波的趋势是谐波次数愈高,谐波含有率愈小。可以看出,最大含有率与最小含有率之比,对奇次谐波是3～5,而对偶次谐波是20左右。这是因为,偶次谐波完全来源于电弧的不稳定性,即含有低频波动分量,若保持电弧稳定,则电弧阻抗的非线性特点,只应产生以3次谐波为主导的奇次谐波电流。总结以上实例,可以看出:(1)工业硅炉谐波特征与钢厂电弧炉基本一样,以3次谐波为主导的奇次谐波,8次以上谐波含量较少;因为电弧的不稳定也有较强的偶次谐波产生。(2)单台工业硅炉谐波的幅值,比单台容量的电弧炉谐波的幅值要小。(3)工业硅炉容量较小时,如6300kVA以下,在供电系统容量较大时,谐波电流可能不超标,或超标很少;但当工业硅炉容量较大,特别是接在中小容量的供电系统中,谐波电流可能超标,甚至超标很大。(4)2台或2台以上工业硅炉所产生的谐波,随机性更强,其合成谐波将很大,应给予重视。
2.3谐波的影响
谐波对供配电系统,对用电负载等都有很大影响和危害,简述如下:(1)谐波对电机和电器的影响谐波对电机,可以引起附加损耗,从而产生附加温升,其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压;谐波引起变压器附加损耗增加,硅钢片等发热、振动、噪音增大;谐波对换流器、电缆、送电线路及开关设备等电网参数发生改变,导致这些电气设备失灵和安全可靠性降低。 (2)谐波对通信的干扰和影响谐波对通信线路干扰的物理机制,主要是电容耦合、电磁感应、电气传导,造成通信失真或失败。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆(3)谐波功率损失谐波电流在电网中流动会产生有功功率损失,它构成了电网线损的一部分,对电网的经济运行很不利,谐波源外送的谐波有功功率是从电网吸收的基波有功功率的一部分转化而成的。这些外送的谐波有功功率对电气系统和用户都是有害无益的。此外,谐波对常用仪表、计算机、家用电气、低压电气和继电保护自动装置影响很大、甚至发生事故,也是履见不鲜的。
3工业硅炉的无功特征
工业硅炉电弧延时发弧,电弧电阻的非线性和电弧游动等因素,使得电弧电流变化很不规则。电弧的游动是在电磁力、对流气流,电极移动以及炉料在熔化过程中的崩落和滑动等多种因数综合造成的。它们都具有很大的随机性,使得电弧炉电流不仅数值而且三相不平衡、畸变和大幅脉动,产生大量谐波,并需大量无功功率,使工业硅炉功率因数较低,6300kVA电炉变压器功率因数约0.7左右,随着硅炉容量的增加硅炉效率增加,功率因数却下降。随机性且大幅度波动的无功功率,会引起供电母线电压严重波动,并构成闪变干扰。工业硅炉其他用电特征工业硅炉除谐波发生量大,功率因数低外,还能引起三相电压不平衡,电压波动及闪变;电压偏差加大,频率偏差加大等。这些特征都是供电质量问题。技术上比较清楚,不再细说。
3.1电压不平衡允许值
电力系统公共连接点正常电压,不平衡度允许值为2%,短时不得超过4%。
3.2电力系统频率允许偏差
电力系统正常频率偏差允许值±0.2HZ,当系统容量较小时,偏差值可以放宽到±0.5HZ。
4工业硅炉的谐波治理与无功补偿
工业硅炉产生的高次谐波,功率因数低,电压波动及闪变等,对供用电质量均造成危害,因此需要治理,使其在标准范围运行,并能提高经济效益和社会效益。
4.1滤波装置
滤波装置主要是电容器加电抗器,形成对某次谐波低阻抗通道的LC回路而吸收谐波。由于安装了电容器,同时又能兼顾无功补偿;对于频率波动、电压波动及闪变起抑制作用。使工业硅炉各项用电指标达标运行。对供电系统起动了静化作用。
4.2滤波装置的效益
工业硅炉对供用电质量的损害,安装滤波装置的社会效益是显而宜见的。大量的工程实践表明,滤波装置的经济效益也很突出,一般0.8～1年即可收回成本。可见,工业硅炉的谐波治理兼无功补偿,是提高电力系统电能质量,维护“绿色”电力系统的有力保证,也是降耗节能的重要措施。
结束语
总之,为了保证工业硅炉正常运行,达到较高的经济技术指标,不但要求工业硅生产的管理人员及每个工序、每个环节的操作人员必须严格执行操作规程,保证工艺条件的实施,更需要有一批能够掌握工业硅生产的基础理论、具有丰富实践经验的炉上操作人员。对于工业硅炉的谐波治理和无功补偿工作对于技术人员来说更有提高的价值，我们对工业硅炉的谐波特点和无功补偿进行研究正是为技术人员提供一些参考。
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论文作者:孟庆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
标签：谐波论文; 工业硅论文; 电弧论文; 电流论文; 电压论文; 功率因数论文; 容量论文; 《电力设备》2017年第19期论文;