Zariadenia na kompenzáciu jalového výkonu a harmonické riadenie pre hutnícky priemysel

Zariadenia na kompenzáciu jalového výkonu a harmonické riadenie pre hutnícky priemysel

Ako základný pilier priemyselného systému preberá hutnícky priemysel kľúčové poslanie tavenia a spracovania kovov. S rastúcim dopytom po kovoch v modernom priemysle hutnícke podniky naďalej rozširovali svoj rozsah a úroveň výkonu a automatizácie výrobných zariadení sa tiež neustále zlepšovala. - straty jalového výkonu a harmonické znečistenie sa však stali „neviditeľnými prekážkami“, ktoré obmedzujú efektívnu, bezpečnú a energiu{3}}šetriacu výrobu hutníckych podnikov. Implementácia efektívnej kompenzácie jalového výkonu a harmonického riadenia sa preto stala povinnou úlohou-kvalitného rozvoja hutníckeho priemyslu.

I. Hlavné body bolesti kvality energie v metalurgickom priemysle

Na rozdiel od bežných priemyselných scenárov vedú charakteristiky spotreby energie metalurgických podnikov ku komplexnosti a závažnosti ich problémov s kvalitou energie, ktoré sa odrážajú najmä v troch základných aspektoch:

● Po prvé, veľké a zložité energetické záťaže. Hlavným výrobným zariadením hutníckych podnikov sú väčšinou vysokovýkonné indukčné záťaže, vyznačujúce sa veľkou kapacitou, silným zaťažením, rýchlym štartom-zastavením a brzdením a nepretržitou prevádzkou. Od vysokorýchlostnej-prevádzky valcovní až po-vysokoteplotné tavenie elektrických oblúkových pecí, každé výrobné spojenie kladie extrémne vysoké požiadavky na stabilitu elektrickej siete.

● Po druhé, vysoký podiel ne-lineárnych zaťažení. S popularizáciou automatizačnej techniky metalurgické dielne vo veľkej miere prijímajú výkonové elektronické zariadenia, ako sú jednosmerné motory, striedavé motory poháňané meničmi, zariadenia na reguláciu otáčok s premenlivou frekvenciou, transformátory a reaktory. Počas prevádzky tieto zariadenia prerušia sínusový priebeh prúdu elektrickej siete a stanú sa hlavným zdrojom harmonických.

● Po tretie, silné znečistenie kvality energie. Prevádzka základných zariadení, ako sú valcovne a elektrické oblúkové pece, priamo spôsobí kolísanie napätia a blikanie v elektrickej sieti, čo spôsobí trojfázovú nerovnováhu, nízky účinník, zvýšené straty vo vedení a ďalšie problémy. Nadmerný obsah harmonických dokonca vytvoril „harmonické verejné nebezpečenstvá“, ktoré ovplyvňujú nielen bezpečnú a stabilnú prevádzku elektrizačnej sústavy, ale tiež znižujú efektivitu prevádzky a životnosť elektrických zariadení, čím sa ukladajú skryté nebezpečenstvá pre bezpečnosť výroby.

● Riešenie problémov kompenzácie jalového výkonu a harmonického riadenia v hutníckych rozvodoch elektrickej energie je preto nielen kľúčom k zabezpečeniu kvality elektrickej energie a bezpečnej prevádzky elektrizačnej sústavy, ale aj dôležitým opatrením na zníženie spotreby energie, zlepšenie efektívnosti výroby a minimalizáciu bezpečnostných rizík pre podniky.

II. Typické zaťaženia v metalurgickom priemysle: Hlavné zdroje harmonických a jalového výkonu

Charakteristiky zaťaženia sa v rôznych spojoch metalurgickej výroby veľmi líšia a nimi spôsobené problémy s kvalitou energie majú svoje vlastné zameranie. Medzi nimi sú tri najreprezentatívnejšie záťaže hlavnými prispievateľmi k harmonickým a jalovému výkonu:

Typické zaťaženie	Základné charakteristiky	Harmonická generácia	Kolísanie jalového výkonu	Vplyv na Power Grid
Elektrická oblúková pec	Odolnosť voči ne-lineárnemu a prechodnému oblúku; asymetrický trojfázový-oblúk	Veľké množstvo harmonických-rád (až 30 % základnej vlny)	Silná fluktuácia	Najzávažnejšie (blikanie napätia, troj{0}}fázová nerovnováha, záporná{1}}sekvencia prúdu)
Rafinačná pec	Stabilný pracovný stav; žiadne obdobie topenia	Určité harmonické (menej ako elektrická oblúková pec)	Relatívne stabilný	Stredná (ovplyvňuje kvalitu napájania a životnosť zariadenia)
Stredofrekvenčná pec	Vysoká účinnosť; malé kolísanie zaťaženia; proces nápravy a inverzie	Veľký počet harmonických (generovaných usmernením a inverziou)	Nízka fluktuácia; vysoký účinník	Stredná (znečisťuje elektrickú sieť, ovplyvňuje okolité zariadenia)

 

1. Elektrická oblúková pec: Ako hlavné zariadenie pre hutnícke tavenie je tiež hlavným zdrojom znečistenia kvality elektrickej energie. Ne-linearita a prechodné kolísanie odporu oblúka generuje veľké množstvo- harmonických. Medzitým asymetrický troj{4}}fázový oblúk počas prevádzky elektrických oblúkových pecí so striedavým prúdom vytvorí zápornú-sekvenčnú sekvenciu prúdu, čo vedie k trojfázovej{6}} nevyváženosti elektrickej siete a zjavnému kolísaniu napätia, ktoré má najvážnejší vplyv na rozvodnú sieť. Podľa praktických prípadov použitia môže harmonický obsah počas prevádzky elektrickej oblúkovej pece dosiahnuť viac ako 30 % základnej vlny, čo vážne narúša normálnu prevádzku elektrickej siete.

2. Rafinačná pec: V porovnaní s elektrickými oblúkovými pecami je pracovný stav rafinačných pecí stabilnejší bez doby tavenia a zmeny aktívneho a jalového výkonu sú relatívne stabilné. Hoci jeho vplyv na elektrickú sieť je menší ako vplyv elektrických oblúkových pecí, stále generuje určité harmonické a stratu jalového výkonu. Pri dlhodobej-prevádzke to ovplyvní aj kvalitu napájania a životnosť zariadenia, čo nemožno ignorovať.

3. Stredofrekvenčná pec: Vysoko{0}}účinné a energeticky úsporné{1}}taviace zariadenie, ktoré konvertuje 50 Hz-frekvenciu striedavého prúdu na strednú frekvenciu (nad 300 Hz) prostredníctvom usmerňovania a inverzie. Vyznačuje sa malým kolísaním záťaže, vysokou účinnosťou, nízkym kolísaním jalového výkonu a vysokým účinníkom. Usmerňovacie a inverzné spoje však generujú veľké množstvo harmonických. Ak sa nekontroluje včas, znečistí prostredie elektrickej siete a ovplyvní normálnu prevádzku okolitých zariadení. Napríklad medzifrekvenčná pec strojového spracovateľského závodu kedysi spôsobila zníženú účinnosť elektrického zariadenia a zvýšenie nákladov na spotrebu energie v dôsledku nadmerných harmonických.

III. Nebezpečenstvo harmonických a jalového výkonu v metalurgických napájacích systémoch

V odvetviach s vysokou -spotrebou energie- a závislých od energie-, ako je metalurgia, sú riziká spôsobené harmonickými a jalovým výkonom systematické a neovplyvňujú len zariadenia a rozvodné siete, ale priamo ovplyvňujú aj efektivitu výroby a bezpečnosť podnikov:

 

● Z pohľadu elektrickej siete strata jalového výkonu znižuje účinnosť prenosu energie, zvyšuje straty vo vedení a transformátore a vedie k nestabilnému napätiu v elektrickej sieti. Nadmerné harmonické skresľujú priebeh napätia, spôsobujú trojfázovú nevyváženosť a dokonca rezonujú s kondenzátorovými batériami, čím spôsobujú bezpečnostné nehody, ako sú prasknutia kondenzátora. Napríklad oceliarsky podnik raz utrpel vyhorenie neutrálnej línie v dôsledku superpozície 3. harmonickej na neutrálnej línii, čo viedlo k úplnému výpadku prúdu v závode a priamej ekonomickej strate viac ako 10 miliónov juanov.

● Z hľadiska zariadenia harmonické urýchľujú starnutie izolácie elektrického zariadenia, skracujú životnosť základných zariadení, ako sú transformátory a motory, a zvyšujú poruchovosť zariadení a náklady na údržbu. Jadro transformátora generuje dodatočnú stratu v dôsledku harmonického vírivého prúdu so zvýšením teploty o 1,5-násobok normálnej hodnoty; strata medi vo vinutí statora motora sa zvyšuje v dôsledku kožného efektu, čím sa znižuje účinnosť o 5% - 10%. Medzitým harmonické interferujú s riadiacimi systémami PLC, čo spôsobuje skoky vo výrobných údajoch, čo ovplyvňuje stabilitu kvality produktu a zvyšuje mieru zmetkovitosti.

● Z pohľadu nákladov podniku povedie nízky účinník k pokutám za úpravu účinníka zo strany energetických oddelení a harmonické znečistenie zvýši spotrebu energie a zníži efektivitu výroby, čo podnikom z dlhodobého hľadiska prinesie značné ekonomické straty. Riadenie harmonického a jalového výkonu je preto nielen požiadavkou na zníženie nákladov a zvýšenie efektívnosti, ale aj základom bezpečnej výroby hutníckych podnikov.

IV. Cielené riešenia: Optimálna kontrola kvality energie pre hutnícky priemysel

Zamerané na problémy s kvalitou elektrickej energie v metalurgickom priemysle a v kombinácii s charakteristikami typických záťaží, priemyselné praktiky dokázali, že koordinované riadenie generátora statického varu (SVG) a aktívneho výkonového filtra (APF) je najefektívnejším a najstabilnejším riešením, ktoré môže dosiahnuť dvojité ciele „kompenzácia jalového výkonu + harmonické filtrovanie“ a úplne vyriešiť problémy s kvalitou energie.

 

Ovládacie zariadenie	Hlavná funkcia	Rýchlosť odozvy	Kľúčová výhoda	Aplikačný efekt
SVG	Dynamická kompenzácia jalového výkonu	Menej ako alebo rovné 5 ms	Žiadna nadmerná-kompenzácia/nedostatočná{1}}kompenzácia; stabilizovať sieťové napätie	účinník väčší alebo rovný 0,95; efektívne kontrolované blikanie napätia
APF	Dynamická harmonická filtrácia	Menej alebo rovné 10 ms	Presné filtrovanie (2.-50. harmonická); žiadna rezonancia	Súčasná miera skreslenia Menšia alebo rovná 3,45 %; spĺňať národné normy

 

1. Generátor statického varu (SVG): Dynamicky kompenzuje jalový výkon a stabilizuje sieťové napätie

Tradičné metódy kompenzácie jalového výkonu (ako sú tyristorové spínané kondenzátory, tyristormi riadené tlmivky atď.) majú problémy s pomalou rýchlosťou odozvy a ľahkou pre-kompenzáciou alebo pod{2}}kompenzáciou, pričom sa nedokážu prispôsobiť charakteristikám vplyvu veľkého zaťaženia a rýchleho kolísania jalového výkonu metalurgických zariadení. Na rozdiel od toho sa SVG stalo preferovaným zariadením na kompenzáciu jalového výkonu v metalurgickom priemysle vďaka svojej výhode dynamickej kompenzácie v reálnom čase-.

SVG dokáže detekovať jalový prúd v rozvodnej sieti v reálnom čase a rýchlo vydávať kompenzačný prúd s rovnakou veľkosťou a opačnou fázou ako jalová záťaž, pričom realizuje plynule nastaviteľnú kompenzáciu jalového výkonu, úplne eliminuje nadmernú{0}}kompenzáciu a nedostatočnú{1}}kompenzáciu, účinne stabilizuje napätie v elektrickej sieti a potláča blikanie napätia. Napríklad v projekte renovácie valcovne spoločnosti z nehrdzavejúcej ocele sa nahradením tradičných kompenzačných zariadení MCR za SVG zvýšila rýchlosť odozvy z viac ako 200 ms na 5 ms, zvýšil sa účinník z 0,85 na viac ako 0,95, účinne sa kontrolovalo kolísanie napätia a úplne sa vyriešili problémy, ako je blikanie svetla a nerovnomerný výkon valcovacej stolice. Okrem toho-kvalitné produkty SVG dokážu stabilne kompenzovať systémový účinník na viac ako 0,98, čím efektívne uvoľnia kapacitu transformátorov a káblov a nepriamo ušetria kapitálové investície potrebné na rozšírenie podnikovej kapacity.

2. Active Power Filter (APF): Dynamicky filtrujte harmonické a čistite prostredie napájacej siete

Typickými zdrojmi harmonických sú zariadenia ako frekvenčné meniče, usmerňovače a medzifrekvenčné pece v hutníckom priemysle. Tradičné LC filtre nedokážu dosiahnuť presné filtrovanie a sú náchylné na rezonanciu s elektrickou sieťou. Ako „zabijak harmonických“ sa APF môže zamerať na problémy s harmonickým znečistením v metalurgickom priemysle.

Jeho pracovným princípom je paralelné pripojenie APF k harmonickým -záťažám generujúcim záťaž. Detekciou harmonického prúdu generovaného záťažou v reálnom čase sa riadi na výstupný kompenzačný prúd s rovnakou veľkosťou a opačnou fázou ako harmonický prúd, čím kompenzuje vplyv harmonických na distribučnú sieť a realizuje presné filtrovanie 2. až 50. harmonickej. Po zavedení APF do taviacej pece sa celková miera skreslenia harmonického prúdu na nízkonapäťovej strane distribučného transformátora výrazne znížila a obsah hlavných harmonických, ako je 5. a 7. harmonická, sa zmenil z prekročenia normy na splnenie národných noriem. Ďalšie údaje o projekte ukazujú, že po uvedení APF do prevádzky je možné znížiť mieru skreslenia prúdu systému z 25,56 % na menej ako 3,45 %, čím sa komplexne zlepší stabilita elektrickej siete.

Stojí za zmienku, že pre drsné výrobné prostredia v metalurgickom priemysle, ako je kovový prach a kyslá hmla, majú zariadenia SVG a APF s vysokou úrovňou ochrany viac výhod, ktoré umožňujú dlhodobú{0}}stabilnú prevádzku v zložitých prostrediach a zabezpečujú trvalú udržateľnosť kontrolných účinkov.

Kontrola kvality energie umožňuje zelený a efektívny rozvoj hutníckeho priemyslu

Vysoko{0}}kvalitný rozvoj hutníckeho priemyslu nemožno oddeliť od stabilnej, efektívnej a čistej podpory energie. Kompenzácia jalového výkonu a harmonické riadenie nie sú len kľúčom k riešeniu problémov s kvalitou energie, ale aj dôležitou podporou pre hutnícke podniky pri znižovaní nákladov, zvyšovaní efektívnosti, zabezpečovaní bezpečnej výroby a dosahovaní zelenej transformácie.

Vďaka neustálej modernizácii technológie výkonovej elektroniky sa výkon zariadení SVG a APF neustále optimalizuje a boli zrelé aplikované vo viacerých scenároch hutníckeho priemyslu - od harmonického riadenia elektrických oblúkových pecí a rafinačných pecí až po kompenzáciu jalového výkonu valcovacích stolíc, tieto zariadenia poskytujú silnú podporu hutníckym podnikom na zníženie a vyriešenie problémov s kvalitou energie, zníženie a vyriešenie problémov s kvalitou energie.

V budúcnosti, keď sa metalurgický priemysel transformuje smerom k inteligencii a ekologizácii, požiadavky na kvalitu elektrickej energie sa budú ďalej zlepšovať. Technológie kompenzácie jalového výkonu a harmonického riadenia budú tiež pokračovať v inováciách, čím vnesú nový impulz do trvalo udržateľného rozvoja hutníckeho priemyslu a pomôžu priemyslu dosiahnuť rozvojové ciele „úspory energie, účinnosti a bezpečnosti“.

Kontaktujte teraz