法拉德高速型动态消谐无功补偿装置在橡胶行业中的应用

1、橡胶行业的负载类型

橡胶行业主要用电负载有：密炼机、挤出机、硫化机等负载。

密闭式炼胶机简称密炼机，主要用于橡胶的塑炼和混炼。目前国内生产的密炼机均为一台或两台1250KW的直流电机提供动力，直流电机具有启动力矩大，调节快速等特点，同时由于密炼机自身和直流电机自身的特点，密炼机对电网造成的影响包括：谐波含量高、功率因数低（大约为0.4~0.6），无功功率变化迅速等特点，导致普通无功补偿装置无法对密炼机进行有效的无功功率补偿。

以下是密炼机的电气结构拓扑图，主要包括整流变压器、相控整流设备和直流电机组成。

密炼机电气结构拓扑图

挤出机是橡胶工业的一种基本设备，是影响产品质量的关键设备之一，在轮胎和橡胶制品的生产过程中起着非常重要的作用。目前国内橡胶行业使用的挤出机均为直流电机，工作时负荷稳定，功率因数低，并产生大量谐波，导致普通无功补偿装置无法对挤出机进行有效的无功功率补偿。

硫化机是橡胶工业的一种常用设备，多用来给橡胶产品如轮胎等进行硫化，硫化过程中需要长时间保温，不允许出现停电现象，否则将报废硫化的轮胎，给轮胎生产厂家带来巨大损失。对一些大型轮胎生产企业，每年因硫化机停电造成的直接经济损失达几百万。

2、橡胶行业中的电能质量问题

橡胶行业中的电能质量问题主要反映在以下两个方面：

1）功率因数低，无功变化大。

密炼机在填料挤压的过程中瞬态电流突变是非常大的，同时，无功缺口伴随有功电流的变化而不相同，基波功率因数类似于直流电机的功率因数，只有0.4-0.6。无功缺口带来的无功功率缺失的变化已经达到毫秒级，普通的无功补偿装置已经无法跟踪响应如此剧烈的无功突变。

2）谐波含量大

无论是密炼机还是其他加装变频装置的交流电机（硫化机、挤出机），他们在工作的时候由于整流原因都会产生大量的谐波，而大量的高次谐波是配电系统最大的安全隐患—谐波严重的时候可能引起无功补偿柜的谐振、变压器共振、线路老化烧坏进而引起火灾。这些突出的安全问题是硫化机这种“娇贵”的负载所无法承受的。

3、典型案例介绍

针对上面提出的橡胶行业突出的电能质量问题，法拉德研发团队群策群力，研发生产出能够提供20ms完全响应的高速动态消谐无功补偿装置。在适应密炼机无功缺口高速变化的同时进行消谐滤波处理，达到双管齐下，统筹兼顾的目的。

以下是法拉德动态消谐无功补偿装置投入前后的现场对比数据：

1）相电压波形前后对比图

滤波器投入前相电压波形             滤波器投入后相电压波形

2）相电压谐波含量前后对比图

滤波器投入前相电压谐波含量            滤波器投入后相电压谐波含量

3）相电流波形前后对比图

滤波器投入前相电流波形               滤波器投入后相电流波形

4）相电流谐波含量前后对比图

滤波前相电流谐波含量                   滤波后相电流谐波含量

5）功率和电能参数前后对比图

滤波前功率和电能参数                      滤波后功率和电能参数

滤波前后测试结果分析：

从设备投入前后的对比效果可以明显看出法拉德高速动态消谐无功补偿装置的快速响应能力。设备投入后视在电流下降了50%，功率因数从先前的0.47提升到0.97。与此同时，电力谐波也得到了明显抑制，谐波电流的有效值下降了近300A，谐波电压也下降到5%以下，达到国家标准。谐波电流和无功功率的减少，降低了谐波和无功对变压器绝缘的破坏，提高了变压器的运行寿命。测试数据表明：变压器温度从69℃下降到51℃，下降了18℃，说明变压器铁损、铜损大大降低，节能效果显著。并且高速动态消谐无功补偿装置的投入对于玲珑橡胶M3车间整个配电系统的稳定运行和提高变压器的安全性都有着明显的作用。

设备运行前后投资效益分析如下：

谐波电流补偿量：

法拉德电气（北京）有限公司

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