鄭州工務機械段焊軌車間用電無功補償的投資效益分析

戴明宏,趙曉東,安文秀

(1.鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州　450052；2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南 鄭州　450001)

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鄭州工務機械段焊軌車間用電無功補償的投資效益分析

戴明宏1,趙曉東1,安文秀2

(1.鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州450052；2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南 鄭州450001)

摘要：由于生產工藝的特殊性，鄭州工務機械段焊軌車間在生產過程中使用了先進的功率半導體非線性負荷設備，運行時產生大量諧波成分電流，使得常規(guī)功率因數補償裝置基本損壞。生產時產生的諧波流入配電系統(tǒng)，污染電網，影響各類電氣設備正常運行。為此，選擇高品質的安全補償裝置投入電網，大大改善了電網質量，提高了設備使用壽命和系統(tǒng)供電效率，降低了電力成本。

關鍵詞：焊軌車間；諧波；功率補償；投資效益

鄭州工務機械段小李莊焊軌車間是鄭州鐵路局唯一負責局內大修和基建用長鋼軌焊接的單位。車間用電從地方電業(yè)局直供所引入，焊軌車間內裝設9臺容量為3 930 kVA的變壓器。國家標準要求功率因數在0.9～1.0之間，達標時會有獎勵，不達標就會有罰款。2013年和2014年電費都在300萬元左右，其中包含因功率因數不達標(在0.65～0.8之間)而引起的罰款20萬元左右。焊軌車間在2008年改造時安裝有功率補償裝置，但由于焊軌車間的用電特性，原設計的電容式補償裝置不能投入使用，所以造成每年大量的罰款。

若采取措施提高功率因數，能給企業(yè)帶來明顯的經濟效益，并有良好的節(jié)電環(huán)保的社會效益。對于大量使用了功率半導體變流裝置的先進生產設備(也稱非線性特性負荷設備)，由于在工作過程中，大量產生諧波成分的電流，使得常規(guī)功率因數補償裝置存在損壞的危險，甚至沖擊電網的危害性大大提升，因此常規(guī)的功率因數補償裝置無法在此工況下工作。

在電網中含有大量諧波的工況下，應選擇高品質的安全補償裝置快速、準確、安全地投入電網，以提高功率因數，改善電網的性能。這樣，不僅可以得到供電公司給予的獎勵，同時也改善了因電網功率因數過低造成的用電設備壽命短、故障率高，變壓器及線路供電效率低下等問題。

1無功功率補償裝置使用效果實驗分析對比

2014年6月，焊軌車間實驗性投入2號變壓器負載端無功功率補償裝置，通過對全年數據對比分析，發(fā)現補償效果很好。具體數據和分析如表1。

表1　2014年焊軌車間電費數據表

續(xù)表

由表1可知，6月份投入試用，在試用前5個月總電費1 277 819.22元，其中含無功罰款102 895.48元，無功罰款占總電費的8.05%；在試用后6個月總電費1 438 830.48元，其中含無功罰款降到69 681.38元，無功罰款占總電費的4.84%；線損由試用前5個月共4 840 kWh降到試用后6個月共1 589 kWh。所以，檢測焊軌車間高壓用電特性，并有針對性地進行補償和治理是非常必要的，切實可行的。

2使用無功功率補償裝置投資效益分析

功率因數cosφ、無功功率Q、有功功率P的關系為：

cosφ=P/SQRT(P2+Q2)；

(1)

P=Q·cotφ=Q·cot arccosφ；

(2)

Q=P·tanφ=P·tan arccosφ。

(3)

表2是近期在焊軌車間實際測量的各個變壓器輸出端數據。

表2　焊軌車間變壓器負載電氣特性實測數據

續(xù)表

注：測量數據隨著負載變化會有差異。

由表2可知，1#、2#、4#、7#號變壓器負載電流畸變率超過10%，需要治理諧波。諧波電流約423 A，市場調查的諧波治理費用在1 130元/A，故估計投資423×1 130=477 990元；1#、4#、5#號變壓器需要補償無功功率，補償后功率因數可以達到0.95，補償無功功率820 kVar，市場調查的功率補償費用在670元/kVar，故估計投資820×670=549 400元。1#、2#、4#、5#號變壓器負載補償后功率因數達到0.95，根據公式(3)計算無功功率，分別匯總9臺變壓器的有功功率P補和無功功率Q補，根據式(1)計算補償后的總功率因數為0.94，不但可以取消全部功率因數不足的罰款，而且還可以得到總電費0.6%的獎勵。

無功功率補償裝置設備總投資為1 027 390元。以2013年為例，2013年因功率因數不達標導致罰款251 517元，總電費2 944 431元，2 944 431×0.6%=17 666元，即可得到269 183元收益(無功功率補償后帶來的線損降低效益和功率因數獎勵電費沒有計算在內)，3.82年收回投資。產品平均壽命10萬小時，即壽命11.4年，11.4-3.82=7.58年，7.58×269 183=2 040 407元，即投入1 027 390元，將會在11.4年內帶來2 040 407元收益。

3結語

鄭州工務機械段焊軌車間使用高品質的安全無功功率補償裝置進行諧波治理，不僅收到較好的經濟效益，而且能獲得良好的節(jié)能環(huán)保效益，對延長電網中其他電氣設備壽命和增加電氣設備的安全性起到較好的效果。

參考文獻

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[責任編輯：趙偉]

Analysis on the Investment Benefit of Reactive Power Compensation in Welding Workshop of Zhengzhou Railway Machinery Department

DAI Minghong1， ZHAO Xiaodong1， AN Wenxiu2

(1.Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 450052,CHina；2.Zhengzhou Design Institute of China Railway Engineering Design & Consulting Group Co., Ltd, Zhengzhou 450001,CHina)

Abstract:Due to the particular production process of the Zhengzhou railway welding workshop, which adopts the advanced power semiconductor nonlinear load equipment, large amount of harmonic current will arise during the operation. As a result, the conventional power factor compensation device is easily damaged, thus harmonics goes into the power distribution system, causing electric network pollution and affecting the normal operation of the various types of electrical equipment. Therefore, this paper selects high-quality safety compensation device and put into power network. The actual effect of new compensation device shows the measure greatly improves the quality of power grid, extends the service, ameliorates the system power supply efficiency, and reduces the cost of electricity at the same time.

Key Words:welding workshop; harmonics; power compensation; investment benefit

中圖分類號:TM7

文獻標志碼:A

文章編號：1008-6811(2016)01-0012-02

作者簡介：戴明宏(1960—)，男，浙江上虞人，鄭州鐵路職業(yè)技術學院機電工程系教授，研究方向為機電一體化。趙曉東(1966—)，男，河南滎陽人，鄭州鐵路職業(yè)技術學院副教授，研究方向為機電工程。安文秀(1963—)，女，河南鄭州人，中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院高級工程師，研究方向為電氣工程。

收稿日期：2015-11-30