某蓄電池生產(chǎn)企業(yè)治理諧波項(xiàng)目實(shí)例

錢(qián)存東

（揚(yáng)州市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心，江蘇 揚(yáng)州 225009）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)又好又快不斷發(fā)展，鉛酸蓄電池已成為社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類(lèi)生活中不可缺少的產(chǎn)品，尤其是交通運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展，也帶來(lái)了鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。由可控硅構(gòu)成的三相橋式整流裝置作為蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中的充電設(shè)備被大量采用，但它們對(duì)電網(wǎng)而言是一種大功率電力電子非線性負(fù)載，諧波污染嚴(yán)重，對(duì)電網(wǎng)的危害較大。消除諧波危害已成為蓄電池生產(chǎn)企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

揚(yáng)州阿波羅蓄電池有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“公司”）主要生產(chǎn)汽車(chē)和船舶兩大類(lèi)啟動(dòng)用鉛酸蓄電池，具有40年的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。公司受電總?cè)萘? 865 kVA，其中有5號(hào)箱變、6號(hào)箱變和化成變3臺(tái)變壓器專(zhuān)門(mén)為鉛酸蓄電池充電使用，總?cè)萘繛? 500 kVA。2010年消耗電量2 669萬(wàn)kWh，其中50%以上電量用于鉛酸蓄電池充電。2009年、2010年公司分別對(duì)5號(hào)箱變、6號(hào)箱變進(jìn)行了諧波治理。治理后，電流諧波總含有率低于5%，電壓諧波總含有率低于4%，功率因數(shù)達(dá)0.90以上，節(jié)電率達(dá)6%以上。

1 配電系統(tǒng)改造前測(cè)試數(shù)據(jù)

1.1 功率因數(shù)測(cè)量

表1為變壓器運(yùn)行功率因數(shù)匯總表。

表1 變壓器運(yùn)行功率因數(shù)匯總表

從表1可以看出：10 kV側(cè)的功率因數(shù)只有0.855,低于0.90的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),而5號(hào)箱變、6號(hào)箱變和化成變的功率因數(shù)分別為0.678、0.705和0.700。

1.2 諧波測(cè)量

5號(hào)箱變和6號(hào)箱變的負(fù)載均為整流設(shè)備,從而造成電壓、電流產(chǎn)生畸變,特別是5次諧波電壓、電流含量較大,導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備無(wú)法運(yùn)行。表2、表3分別為諧波電流、電壓測(cè)試數(shù)據(jù)匯總。

表2 諧波電流測(cè)試數(shù)據(jù)匯總

表3 諧波電壓測(cè)試數(shù)據(jù)匯總

從表2可以看出：5號(hào)、6號(hào)箱變的5次諧波電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于62 A的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。從表3可以看出：2臺(tái)變壓器的奇次電壓諧波含有率有1臺(tái)高于4%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

由此可見(jiàn)，該公司配電系統(tǒng)電壓和電流波形發(fā)生了明顯畸變,瞬流活動(dòng)相當(dāng)頻繁,有明顯的電流浪涌現(xiàn)象,電流質(zhì)量較差,有較大改善空間。電流的較大波動(dòng)以及頻繁變化會(huì)導(dǎo)致瞬流的大量產(chǎn)生,對(duì)用電系統(tǒng)造成很?chē)?yán)重的污染，甚至威脅電網(wǎng)安全。諧波會(huì)產(chǎn)生以下后果：①諧波會(huì)使變壓器的溫度升高，由諧波所引起的額外損失與電流和頻率的平方成正比上升，會(huì)導(dǎo)致變壓器的基波負(fù)載容量下降，從而降低變壓器負(fù)載能力；②危害動(dòng)力設(shè)備，在諧波頻率下銅鐵損的增加所引起的額外溫升，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低影響轉(zhuǎn)矩和產(chǎn)品質(zhì)量；③由于未安裝濾波補(bǔ)償，諧波使無(wú)功補(bǔ)償裝置里的并聯(lián)電容發(fā)生諧振，反過(guò)來(lái)又對(duì)原有的諧波產(chǎn)生放大作用，導(dǎo)致電容器組溫升提高，使已有的無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)法正常工作；④諧波還會(huì)造成功率因數(shù)低于0.90，從而造成“力調(diào)費(fèi)”為正數(shù)，大量諧波電流存在，還會(huì)損耗有功功率和無(wú)功功率，增加動(dòng)力設(shè)備維修成本，最終加大企業(yè)電費(fèi)支出，增加企業(yè)成本。

2 項(xiàng)目改造實(shí)施情況

公司先后由專(zhuān)業(yè)公司對(duì)5號(hào)箱變和6號(hào)箱變分別進(jìn)行諧波治理，諧波治理點(diǎn)在5號(hào)和6號(hào)箱變低壓側(cè)。5號(hào)箱變低壓側(cè)負(fù)載為9臺(tái)充電機(jī)，6號(hào)箱變低壓側(cè)負(fù)載為12臺(tái)充電機(jī)。根據(jù)每3臺(tái)充電機(jī)配一臺(tái)電網(wǎng)諧波及功率因數(shù)控制器原則，5號(hào)箱和6號(hào)箱分別安裝3臺(tái)和4臺(tái)控制器。

安裝后，5號(hào)箱變和6號(hào)箱變?cè)瓉?lái)電容柜停止使用。諧波柜采用無(wú)源濾波支路，在并聯(lián)電容器支路串聯(lián)一定大小的電感，使電容和電感對(duì)某次諧波電流發(fā)生串聯(lián)諧振，這樣既可以抑制諧波，又可以補(bǔ)償無(wú)功功率。圖1為諧波治理和功率因數(shù)補(bǔ)償示意圖。

圖1 諧波治理、無(wú)功補(bǔ)償示意圖

項(xiàng)目實(shí)施后，5號(hào)箱變和6號(hào)箱變低壓側(cè)的電流諧波含量大幅下降，不但節(jié)能降耗，同時(shí)也保護(hù)了用電設(shè)備的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命，降低維修費(fèi)用。

3 配電系統(tǒng)改造后效果

圖2為5號(hào)機(jī)箱變補(bǔ)償后電流、電壓波形。從圖2可以看出：補(bǔ)償后，電流波形得到了明顯的改善；電壓波形也趨于正弦波。

從諧波含有率來(lái)看，安裝電網(wǎng)諧波及功率因數(shù)控制器后，5號(hào)箱變和6號(hào)箱變電流電壓諧波含有率明顯減少,特別是5次諧波電流含量為4.82%，從而使配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況得到明顯改善。具體數(shù)據(jù)表4和表5已分別進(jìn)行對(duì)比。

圖2 5號(hào)箱變補(bǔ)償后電流、電壓波形

表4 改造前后諧波電流含有率測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比表

表5 改造前后諧波電壓含有率測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比表

從功率因數(shù)來(lái)看，安裝電網(wǎng)諧波及功率因數(shù)控制器后，5號(hào)箱變和6號(hào)箱變低壓側(cè)功率因數(shù)均達(dá)到0.90以上。表6為5號(hào)箱變和6號(hào)箱變改造前后功率因數(shù)對(duì)比。

表6 改造前后功率因數(shù)對(duì)比表

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

改造前后分別對(duì)5號(hào)箱變、6號(hào)箱變一定時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量和耗電量進(jìn)行了測(cè)試。改造后，節(jié)電率達(dá)6%以上，功率因數(shù)大于0.90。表7為改造前后充電單耗比較。

表7 5號(hào)箱變、6號(hào)箱變改造前充電單耗比較

2010年5 號(hào)箱變和6號(hào)箱變產(chǎn)量為1 237 773 kVAh。改造后單位產(chǎn)品按下降0.40 kWh/kVAh計(jì)算，在不擴(kuò)大產(chǎn)量的前提下，年節(jié)約電量1 237 773 kVAh×0.40 kWh/kVAh=495 109 kWh，節(jié)約電費(fèi)495 109 kWh×0.80元/kWh=396 087元。

每臺(tái)電網(wǎng)諧波及功率因數(shù)控制器按6萬(wàn)元計(jì)算，安裝7臺(tái)共需要42萬(wàn)元，其它輔助材料6萬(wàn)元，合計(jì)投入48萬(wàn)元。在不考慮節(jié)約其它費(fèi)用的情況下，回收期至多為15個(gè)月。