濟(jì)鋼煤氣加壓站無功補(bǔ)償及諧波治理

張 奇，李 勇

（山東省冶金科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014）

1 前言

濟(jì)鋼煤氣加壓站兩臺(tái)煤氣柜（5萬m3、10萬m3各1臺(tái)）自投運(yùn)以來，其配電系統(tǒng)的變壓器二次側(cè)存在諧波含量較大、功率因數(shù)較低的問題，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)帶來許多危害。諧波會(huì)加劇變壓器、電動(dòng)機(jī)、電纜的損耗；同時(shí)諧波還會(huì)降低導(dǎo)線的載流量，導(dǎo)致電纜過載、發(fā)熱、絕緣老化等一系列問題；大量的諧波電流通過變壓器反饋到高壓電網(wǎng)，造成高壓側(cè)的電能污染。功率因數(shù)偏低，增加了變壓器和有關(guān)電氣設(shè)備的電能損耗，系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β室矔?huì)降低，增加了電費(fèi)的支出；功率因數(shù)偏低加速了設(shè)備的老化，減少了使用壽命。
以電信線所帶變壓器為測(cè)試點(diǎn)，通過改善變壓器二次側(cè)的電能質(zhì)量，提高了功率因數(shù)，消除了諧波，進(jìn)而降低了耗電量［1］。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況及測(cè)試數(shù)據(jù)分析

濟(jì)鋼煤氣加壓站10 kV段的變壓器（S7-1250/10/0.4；阻抗電壓4.46%）低壓側(cè)負(fù)載主要有4臺(tái)160 kW加壓泵和1臺(tái)200 kW加壓泵，其中1#、2#、6#、7#泵由軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，10#泵由ABB公司的變頻器自帶。通過對(duì)變壓器低壓側(cè)出線進(jìn)行電能質(zhì)量測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，變壓器低壓側(cè)負(fù)載運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)很低，電壓波形和電流波形存在失真（見圖1），系統(tǒng)中有大量諧波，從功率因數(shù)瞬時(shí)電平表中可得，系統(tǒng)功率因數(shù)最低時(shí)為0.65，平均值為0.79。

3 治理方案

圖1 諧波電流含有率頻譜

經(jīng)過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，確定采用有源濾波器加動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器混合使用的方案。有源濾波器消除系統(tǒng)中的諧波，消除了高次諧波對(duì)電容器的影響；動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器可根據(jù)負(fù)載運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤自動(dòng)投切，解決了功率因數(shù)偏低的問題。采用這種方案，既避免了單獨(dú)采用有源濾波器成本過高的問題，又解決了單獨(dú)采用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器濾波效果不明顯的問題。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算諧波電流含量和無功補(bǔ)償容量。負(fù)載諧波電流含量平均值由式（1）求得：

式中：IH為負(fù)載總諧波電流含量，Ih為h次諧波電流含量。

以目標(biāo)功率因數(shù)0.95為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，無功補(bǔ)償容量根據(jù)公式（2）求得：

式中：Q補(bǔ)為需補(bǔ)償?shù)臒o功功率，P為有功功率，φ1為補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，φ2為補(bǔ)償后的功率因數(shù)角［2］。

根據(jù)計(jì)算確定采用有源濾波器補(bǔ)償50 A和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器補(bǔ)償容量為400 kvar的補(bǔ)償方案。

4 結(jié)語

經(jīng)治理后，變壓器二次側(cè)諧波含量降低到1%，功率因數(shù)提高到0.96。綜合計(jì)算每年可節(jié)約電費(fèi)20萬元左右，此外，電氣設(shè)備使用壽命增加也有明顯的間接效益。

［1］ 周志敏，周紀(jì)海.無功補(bǔ)償電容器配置、運(yùn)行、維護(hù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［2］《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1996.