1  項目背景及現(xiàn)狀

       某冶煉廠為國際知名銅冶煉企業(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、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)測試，得到測試數(shù)據(jù)，分析如下：

       首先，功率因數(shù)為0.7的嚴(yán)重偏低值，每個月的罰款金額極大，據(jù)悉5月份投入部分負(fù)載時的罰款額為18.9萬，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)工況變化趨勢圖

       其次，由于脫鋼整流變、生產(chǎn)整流變、種板整流變?nèi)齻€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)工況變化趨勢圖

       第三，陽極銅生產(chǎn)過程中由于采用多組同時生產(chǎn)，而每組銅生產(chǎn)的周期相互錯開，不斷有某組下銅或提銅過程，造成負(fù)載波動巨大；

圖3 陽極銅生產(chǎn)過程有功功率波動趨勢圖

圖4 陽極銅生產(chǎn)過程無功功率波動趨勢圖

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

圖5 陽極銅生產(chǎn)過程電壓波動分布圖

圖6 陽極銅生產(chǎn)過程電壓波動趨勢圖

2  系統(tǒng)存在的風(fēng)險

       根據(jù)以上測試數(shù)據(jù)可以了解到高壓整流變壓器、凈液車間和陽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，同時由于大量的風(fēng)機水泵裝置運行于電網(wǎng)中造成系統(tǒng)功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，而且多組陽極銅生產(chǎn)過程不斷有下銅和提銅的過程，負(fù)載變化較大。因此，分析系統(tǒng)存在很大風(fēng)險，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)運營成本大量增加；
連續(xù)變化的生產(chǎn)工況，造成電壓波動明顯，波動幅值232V，給系統(tǒng)的用電設(shè)備的正常運行帶來隱患；

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

       大量的諧波存在于電網(wǎng)中，對網(wǎng)內(nèi)的電機負(fù)荷產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，電機繞組容易因諧波引起的過電壓造成擊穿，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)熱會導(dǎo)致火災(zāi)、短路等問題，給系統(tǒng)安全造成極大風(fēng)險；

       諧波極易造成保護(hù)誤動作，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；

        以上情況最終會造成某銅冶煉生產(chǎn)車間不能連續(xù)安全運營；投資不能得到有效回報；產(chǎn)品成本增加及運營成本升高；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)量問題急需治理。

3  方案配置

3.1  無功功率分析

系統(tǒng)電壓10kV，目前功率因數(shù)0.7，電流300A左右，考慮補償后功率因數(shù)為0.95，使用計算后無功需求約為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)的無功補償也需要考慮擴容的情況并留有部分余量，最終無功補償容量需求為3500kvar。

3.2  諧波電流分析

       系統(tǒng)電壓10kV，電流300A左右，諧波畸變率最高時為7%，則需要的諧波補償電流為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350A有源濾波器并聯(lián)升壓對10kV進(jìn)行高效諧波消除。

4  治理方案

4.1  高壓無功補償方案

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

4.2   高壓諧波治理方案

       Ⅰ段母線額定電壓10000V，配置兩臺350A有源電力濾波器進(jìn)行諧波補償，兩臺濾波器并聯(lián)后采用一臺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   高壓有源無功補償器和有源電力濾波器治理接入系統(tǒng)圖

圖7 補償設(shè)備接入系統(tǒng)圖

5  項目治理效果

5.1功率因數(shù)補償

       功率因數(shù)始終保持在0.95左右，每月保證力率獎勵。

圖8 補償后的陽極銅生產(chǎn)過程功率因數(shù)趨勢圖

5.2諧波畸變補償

10kV電流畸變率有效改善，從諧波補償之前的7%的畸變率下降為3%。

圖9補償前（左）和補償后（右）的陽極銅生產(chǎn)過程諧波畸變率

5.3設(shè)備現(xiàn)場照片 

圖10 設(shè)備現(xiàn)場照片

作者簡介：

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