1  項(xiàng)目背景及現(xiàn)狀

       某冶煉廠為國(guó)際知名銅冶煉企業(yè)，位于廣東省某市的分廠以再生銅冶煉為主，由于主要工藝過(guò)程為除雜、電解及精煉，需要用到中壓整流變壓器，且各生產(chǎn)車間有大量的變頻器和風(fēng)機(jī)、水泵的使用，造成I段10kV母線諧波含量超標(biāo)、功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，經(jīng)測(cè)試，得到測(cè)試數(shù)據(jù)，分析如下：

       首先，功率因數(shù)為0.7的嚴(yán)重偏低值，每個(gè)月的罰款金額極大，據(jù)悉5月份投入部分負(fù)載時(shí)的罰款額為18.9萬(wàn)，隨著負(fù)荷增加，用電量驟升，但功率因數(shù)依然為0.7左右，罰款額將激增；

 
圖1 功率因數(shù)隨生產(chǎn)工況變化趨勢(shì)圖

       其次，由于脫鋼整流變、生產(chǎn)整流變、種板整流變?nèi)齻€(gè)中壓整流變的存在，系統(tǒng)1段10kV母線諧波畸變嚴(yán)重；

圖2 總電流畸變率隨生產(chǎn)工況變化趨勢(shì)圖

       第三，陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程中由于采用多組同時(shí)生產(chǎn)，而每組銅生產(chǎn)的周期相互錯(cuò)開(kāi)，不斷有某組下銅或提銅過(guò)程，造成負(fù)載波動(dòng)巨大；

圖3 陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程有功功率波動(dòng)趨勢(shì)圖

圖4 陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程無(wú)功功率波動(dòng)趨勢(shì)圖

        最后，頻繁變化的生產(chǎn)工況造成了系統(tǒng)電壓波動(dòng)明顯，最高電壓波動(dòng)范圍為5881V-6113V，波動(dòng)幅值232V，折算至低壓380V側(cè)為8.8V，電壓波動(dòng)巨大，給系統(tǒng)中其它負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

圖5 陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程電壓波動(dòng)分布圖

圖6 陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程電壓波動(dòng)趨勢(shì)圖

2  系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)

       根據(jù)以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以了解到高壓整流變壓器、凈液車間和陽(yáng)極精煉車間使用的低壓變頻調(diào)速裝置，產(chǎn)生了大量的諧波電流，同時(shí)由于大量的風(fēng)機(jī)水泵裝置運(yùn)行于電網(wǎng)中造成系統(tǒng)功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，而且多組陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程不斷有下銅和提銅的過(guò)程，負(fù)載變化較大。因此，分析系統(tǒng)存在很大風(fēng)險(xiǎn)，具體表現(xiàn)為：

       功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，每月罰款額巨大，造成生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本大量增加；
連續(xù)變化的生產(chǎn)工況，造成電壓波動(dòng)明顯，波動(dòng)幅值232V，給系統(tǒng)的用電設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)隱患；

       高壓側(cè)諧波電流超標(biāo)，大量諧波電流存在于電網(wǎng)中，對(duì)高壓系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置造成干擾，造成保護(hù)停機(jī)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行；

       大量的諧波存在于電網(wǎng)中，對(duì)網(wǎng)內(nèi)的電機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，電機(jī)繞組容易因諧波引起的過(guò)電壓造成擊穿，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行；

       諧波產(chǎn)生的集膚效應(yīng)會(huì)造成變壓器線圈、母排、斷路器、電纜等電氣元件嚴(yán)重發(fā)熱，元器件發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、短路等問(wèn)題，給系統(tǒng)安全造成極大風(fēng)險(xiǎn)；

       諧波極易造成保護(hù)誤動(dòng)作，沖擊斷路器的保護(hù)限值，造成斷路器莫名跳閘甚至燒毀，一旦發(fā)生，給生產(chǎn)線造成極大損失；

        以上情況最終會(huì)造成某銅冶煉生產(chǎn)車間不能連續(xù)安全運(yùn)營(yíng)；投資不能得到有效回報(bào)；產(chǎn)品成本增加及運(yùn)營(yíng)成本升高；生產(chǎn)效率降低或產(chǎn)能降低；能耗巨大。所以，銅冶煉生產(chǎn)車間的電能質(zhì)量問(wèn)題急需治理。

3  方案配置

3.1  無(wú)功功率分析

系統(tǒng)電壓10kV，目前功率因數(shù)0.7，電流300A左右，考慮補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.95，使用計(jì)算后無(wú)功需求約為3000kvar， 且該生產(chǎn)車間近期總負(fù)荷率將上升約13%左右，所以系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償也需要考慮擴(kuò)容的情況并留有部分余量，最終無(wú)功補(bǔ)償容量需求為3500kvar。

3.2  諧波電流分析

       系統(tǒng)電壓10kV，電流300A左右，諧波畸變率最高時(shí)為7%，則需要的諧波補(bǔ)償電流為300A×7%=21A，折算至低壓380V側(cè)為552A，考慮到負(fù)載增加情況，所以配置兩臺(tái)350A有源濾波器并聯(lián)升壓對(duì)10kV進(jìn)行高效諧波消除。

4  治理方案

4.1  高壓無(wú)功補(bǔ)償方案

       Ⅰ段母線額定電壓10000V，配置有源無(wú)功補(bǔ)償器容量為3500KVAR，采用一臺(tái)鏈?zhǔn)礁邏篠VG接入電網(wǎng)，接入點(diǎn)為系統(tǒng)預(yù)留的有源無(wú)功補(bǔ)償饋線柜。

4.2   高壓諧波治理方案

       Ⅰ段母線額定電壓10000V，配置兩臺(tái)350A有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償，兩臺(tái)濾波器并聯(lián)后采用一臺(tái)升壓變壓器接入系統(tǒng)預(yù)留的濾波饋線柜。配置方案如下：

表1 方案配置表

4.3   高壓有源無(wú)功補(bǔ)償器和有源電力濾波器治理接入系統(tǒng)圖

圖7 補(bǔ)償設(shè)備接入系統(tǒng)圖

5  項(xiàng)目治理效果

5.1功率因數(shù)補(bǔ)償

       功率因數(shù)始終保持在0.95左右，每月保證力率獎(jiǎng)勵(lì)。

圖8 補(bǔ)償后的陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程功率因數(shù)趨勢(shì)圖

5.2諧波畸變補(bǔ)償

10kV電流畸變率有效改善，從諧波補(bǔ)償之前的7%的畸變率下降為3%。

圖9補(bǔ)償前（左）和補(bǔ)償后（右）的陽(yáng)極銅生產(chǎn)過(guò)程諧波畸變率

5.3設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)照片 

圖10 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)照片

作者簡(jiǎn)介：

       梁錄平，出生于1984年6月，畢業(yè)于西安工業(yè)大學(xué)，自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司機(jī)電事業(yè)部節(jié)能應(yīng)用產(chǎn)品處高級(jí)應(yīng)用工程師，主要從事工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題探索和電能質(zhì)量產(chǎn)品在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用工作。