Depuis sa mise en service, les harmoniques caractéristiques dominantes du 5e, 7e et 11e rang ont été efficacement filtrées, l'échauffement des équipements et les interférences du système de contrôle ont été considérablement réduits, le risque de résonance a été éliminé, et le réseau fonctionne de manière plus stable tandis que la durée de vie des équipements est prolongée et les pertes d'énergie diminuent. Le projet apporte des bénéfices dans quatre dimensions : la sécurité des équipements, l'efficacité de la production, la stabilité du système et le coût de l'énergie.
| Élément | Détails |
|---|---|
| Nom du projet | Projet d'amélioration de la qualité de l'énergie de Jiangsu Suqian Rongxin Metal Products |
| Type de projet | Rénovation de la qualité de l'énergie pour les entreprises industrielles |
| Scénario d'application | Jeu de barres 35 kV de l'usine de produits métalliques (charges à harmoniques élevées telles que les fours à moyenne fréquence) |
| Problèmes clés | Pollution harmonique caractéristique sévère ; dommages aux équipements, restrictions de production, sécurité électrique et coûts énergétiques |
| Solution principale | Banc de filtrage et de compensation H5+H7+H11, capacité totale de 17550 kvar |
| Concept de conception | Atténuation par niveaux, filtrage de précision, compensation sûre (trois en un) |
| Normes applicables | GB/T 14549-1993 « Qualité de l'énergie – Harmoniques dans les réseaux publics d'alimentation » |
| Résultats clés | Harmoniques mises en conformité ; facteur de puissance plus élevé ; taux de défaillance des équipements plus faible ; réduction des coûts d'électricité |
Situé sur le site de Jiangsu Suqian Rongxin Metal Products Co., Ltd., l'installation est une usine de fabrication de produits métalliques typique équipée de plusieurs fours à induction moyenne fréquence de haute puissance, dont l'étage redresseur/onduleur constitue une source classique d'harmoniques non linéaires. À mesure que la capacité augmentait, les problèmes de qualité de l'énergie sont devenus de plus en plus prégnants, affectant directement l'efficacité de la production et la qualité des produits, rendant ainsi leur atténuation urgente.
Dans l'industrie des produits métalliques, les équipements de chauffage par induction à moyenne fréquence sont largement utilisés, et les problèmes de qualité de l'énergie qu'ils introduisent sont typiques :
Lorsque les fours à moyenne fréquence sur site fonctionnent, ils produisent un courant harmonique dominé par les rangs 5, 7 et 11. En l'absence de filtrage efficace, la distorsion harmonique du système dépassait de loin les limites fixées par la norme GB/T 14549-1993 « Qualité de l'énergie – Harmoniques dans les réseaux publics de distribution ». Lorsque les condensateurs classiques de compensation de l'énergie réactive étaient enclenchés, ils avaient tendance à entrer en résonance parallèle avec l'inductance du système, amplifiant ainsi le courant harmonique de plusieurs fois — provoquant le gonflement des condensateurs, des suintements d'huile et même des explosions — tout en perturbant la tension et en affectant le fonctionnement normal d'autres équipements de précision.
| Catégorie de problème | Symptômes typiques | Dimension de l'impact |
|---|---|---|
| Endommagement des équipements | Défaillances fréquentes des condensateurs ; transformateurs bruyants avec une élévation de température élevée | Sécurité des équipements |
| Restrictions de production | Efficacité de chauffage instable des fours à moyenne fréquence ; taux de rejet élevé du contrôle qualité des produits | Rendement de la production |
| Sécurité électrique | Déclenchements intempestifs des disjoncteurs ; systèmes de protection perturbés entraînant des dysfonctionnements | Stabilité du système |
| Coûts énergétiques croissants | Pertes en ligne plus élevées ; faible facteur de puissance entraînant des pénalités pour ajustement du facteur de puissance | Coûts économiques |
Les harmoniques sont devenues le goulot d'étranglement principal limitant la libération de capacité et le contrôle des coûts de Rongxin Metal Products. Le client avait un besoin urgent d'une solution d'atténuation de grande capacité et hautement ciblée, adaptée au régime des fours à moyenne fréquence, traitant systématiquement à la fois « l'amplification des harmoniques » et les « défaillances fréquentes des équipements ».
Adaptée aux caractéristiques de charge des fours à moyenne fréquence, la conception a suivi une approche d'« atténuation par niveaux, filtrage de précision, compensation sécurisée » :
| Élément | Configuration |
|---|---|
| Tension système | 35 kV |
| Capacité totale | 17550 kvar |
| Configuration des branches | Branches de filtre combinées H5 + H7 + H11 |
| Caractéristiques | Compensation réactive combinée et filtrage des harmoniques, commutés pour s'adapter au spectre harmonique caractéristique du four à moyenne fréquence afin d'améliorer simultanément la qualité de l'énergie |
Le projet a été exécuté selon un processus strictement normalisé :
| Phase | Contenu des travaux |
|---|---|
| 1. Étude sur site | Mesure prolongée de la qualité de l'énergie des conditions de fonctionnement des fours afin de capturer des données harmoniques précises |
| 2. Conception de la solution | Paramètres du filtre calculés à partir des données mesurées et solution complète packagée de 17550 kvar personnalisée |
| 3. Fabrication | Réactances de filtre de haute qualité et condensateurs de filtre HT sélectionnés, assemblés et testés en usine |
| 4. Installation et mise en service | Retrait des anciens équipements et installation de la nouvelle batterie pendant une fenêtre d'arrêt, suivis de la mise sous tension et de la mise en service |
| 5. Réception et mise en service | Courants des branches et performances de filtrage vérifiés avant la mise en service officielle |
Avec l'installation de la batterie de compensation par filtres H5+H7+H11 de 17 550 kvar, la qualité de l'énergie du système a été fondamentalement améliorée. La comparaison est la suivante :
| Indicateur | Avant (état actuel) | Après | Amélioration/résultat |
|---|---|---|---|
| Distorsion harmonique totale de la tension (THDu) | 9 % ~ 13 % (largement dépassé) | < 3 % | Conforme à la norme GB/T 14549-1993 (limite de 3 % pour 35 kV) |
| Teneur en courant harmonique de rang 5 | 22 % ~ 28 % | < 5 % | Fortement réduit |
| Teneur en courant harmonique de rang 7 | 12 % ~ 18 % | < 4 % | Suppression importante |
| Teneur en courant harmonique de rang 11 | 8 % ~ 12 % | < 3 % | Amélioration nette |
| Facteur de puissance (FP) | 0,78 ~ 0,85 (très variable) | ≥ 0,95 | Conforme de manière stable |
| Taux de défaillance des condensateurs | Moy. 2 ~ 3 groupes endommagés par mois | Fortement réduit | Amélioration nette |
| Conditions de fonctionnement du transformateur | Bruit élevé, échauffement important | Fonctionnement fluide et silencieux à température normale | Amélioration nette |
Remarque : les chiffres « après » ci-dessus sont des valeurs attendues dérivées des performances des équipements et de l'évaluation du système. Les valeurs finales sont soumises aux mesures d'acceptation de la mise en service.
| Résultat | Amélioration |
|---|---|
| Atténuation des harmoniques | Les courants harmoniques de 5e, 7e et 11e ordre sont substantiellement réduits ; la distorsion de la tension respecte les limites de la norme GB/T 14549-1993 |
| Compensation de la puissance réactive | Le facteur de puissance est stabilisé au-dessus de 0,95, évitant ainsi les pénalités liées à l'ajustement du facteur de puissance |
| Protection de sécurité | Les risques de résonance sont éliminés ; les condensateurs fonctionnent à température normale avec une durée de vie prolongée |
| État des équipements | Fonctionnement fluide et silencieux du transformateur ; efficacité de chauffage accrue pour le four à moyenne fréquence |
| Dimension de valeur | Valeur apportée |
|---|---|
| Garantie de production | Risques d'arrêt liés à la qualité de l'énergie résolus, garantissant la livraison des commandes |
| Protection des actifs | Durée de vie prolongée des actifs clés tels que les transformateurs et les câbles |
| Réduction des coûts et efficacité | Retours économiques mesurables grâce aux économies d'électricité et à la réduction des pénalités |
| Amélioration de la gestion | Fonctionnement transparent et basé sur les données du système électrique ; meilleure gestion des équipements |
Ce projet constitue une référence typique pour l'atténuation des harmoniques des fours à moyenne fréquence dans l'industrie des produits métalliques. En configurant une batterie de filtres combinés H5+H7+H11, il a permis de résoudre avec succès les problèmes complexes de qualité de l'énergie causés par des charges non linéaires de grande capacité, validant ainsi la stratégie « atténuation étagée, filtrage de précision, compensation sécurisée » dans un environnement industriel.
À l'avenir, nous continuerons à approfondir notre travail sur la qualité de l'énergie industrielle, en lançant des produits d'atténuation plus intelligents et plus efficaces pour les charges spéciales telles que les fours à moyenne fréquence et les fours à arc électrique, et en aidant davantage de fabricants à atteindre un développement sûr, efficace et durable.
Centré sur une batterie de compensation par filtres H5+H7+H11 de 17 550 kvar, le projet d'amélioration de la qualité de l'énergie de Jiangsu Suqian Rongxin Metal Products a résolu systématiquement la pollution harmonique causée par des charges non linéaires telles que les fours à moyenne fréquence.
Tout en fournissant simultanément une compensation réactive et une protection des équipements — rendant le réseau plus stable, les équipements plus durables et la facture d'électricité plus économique, et en fournissant une référence d'ingénierie reproductible pour l'amélioration de la qualité de l'énergie dans l'industrie des fours à moyenne fréquence.
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