某蓄電池生產企業治理諧波項目實例

錢存東

（揚州市節能技術服務中心，江蘇 揚州 225009）

隨著我國經濟又好又快不斷發展，鉛酸蓄電池已成為社會生產經營活動和人類生活中不可缺少的產品，尤其是交通運輸業的高速發展，也帶來了鉛酸蓄電池產業的高速發展。由可控硅構成的三相橋式整流裝置作為蓄電池生產過程中的充電設備被大量采用，但它們對電網而言是一種大功率電力電子非線性負載，諧波污染嚴重，對電網的危害較大。消除諧波危害已成為蓄電池生產企業的當務之急。

揚州阿波羅蓄電池有限公司（以下簡稱“公司”）主要生產汽車和船舶兩大類啟動用鉛酸蓄電池，具有40年的專業生產經驗。公司受電總容量8 865 kVA，其中有5號箱變、6號箱變和化成變3臺變壓器專門為鉛酸蓄電池充電使用，總容量為4 500 kVA。2010年消耗電量2 669萬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5號箱變、6號箱變進行了諧波治理。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%，功率因數達0.90以上，節電率達6%以上。

1 配電系統改造前測試數據

1.1 功率因數測量

表1為變壓器運行功率因數匯總表。

表1 變壓器運行功率因數匯總表

從表1可以看出：10 kV側的功率因數只有0.855,低于0.90的國家標準,而5號箱變、6號箱變和化成變的功率因數分別為0.678、0.705和0.700。

1.2 諧波測量

5號箱變和6號箱變的負載均為整流設備,從而造成電壓、電流產生畸變,特別是5次諧波電壓、電流含量較大,導致無功補償設備無法運行。表2、表3分別為諧波電流、電壓測試數據匯總。

表2 諧波電流測試數據匯總

表3 諧波電壓測試數據匯總

從表2可以看出：5號、6號箱變的5次諧波電流遠遠高于62 A的國家標準。從表3可以看出：2臺變壓器的奇次電壓諧波含有率有1臺高于4%的國家標準。

由此可見，該公司配電系統電壓和電流波形發生了明顯畸變,瞬流活動相當頻繁,有明顯的電流浪涌現象,電流質量較差,有較大改善空間。電流的較大波動以及頻繁變化會導致瞬流的大量產生,對用電系統造成很嚴重的污染，甚至威脅電網安全。諧波會產生以下后果：①諧波會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，會導致變壓器的基波負載容量下降，從而降低變壓器負載能力；②危害動力設備，在諧波頻率下銅鐵損的增加所引起的額外溫升，導致電動機效率降低影響轉矩和產品質量；③由于未安裝濾波補償，諧波使無功補償裝置里的并聯電容發生諧振，反過來又對原有的諧波產生放大作用，導致電容器組溫升提高，使已有的無功補償裝置無法正常工作；④諧波還會造成功率因數低于0.90，從而造成“力調費”為正數，大量諧波電流存在，還會損耗有功功率和無功功率，增加動力設備維修成本，最終加大企業電費支出，增加企業成本。

2 項目改造實施情況

公司先后由專業公司對5號箱變和6號箱變分別進行諧波治理，諧波治理點在5號和6號箱變低壓側。5號箱變低壓側負載為9臺充電機，6號箱變低壓側負載為12臺充電機。根據每3臺充電機配一臺電網諧波及功率因數控制器原則，5號箱和6號箱分別安裝3臺和4臺控制器。

安裝后，5號箱變和6號箱變原來電容柜停止使用。諧波柜采用無源濾波支路，在并聯電容器支路串聯一定大小的電感，使電容和電感對某次諧波電流發生串聯諧振，這樣既可以抑制諧波，又可以補償無功功率。圖1為諧波治理和功率因數補償示意圖。

圖1 諧波治理、無功補償示意圖

項目實施后，5號箱變和6號箱變低壓側的電流諧波含量大幅下降，不但節能降耗，同時也保護了用電設備的正常運行，延長使用壽命，降低維修費用。

3 配電系統改造后效果

圖2為5號機箱變補償后電流、電壓波形。從圖2可以看出：補償后，電流波形得到了明顯的改善；電壓波形也趨于正弦波。

從諧波含有率來看，安裝電網諧波及功率因數控制器后，5號箱變和6號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%，從而使配電系統運行狀況得到明顯改善。具體數據表4和表5已分別進行對比。

圖2 5號箱變補償后電流、電壓波形

表4 改造前后諧波電流含有率測試數據對比表

表5 改造前后諧波電壓含有率測試數據對比表

從功率因數來看，安裝電網諧波及功率因數控制器后，5號箱變和6號箱變低壓側功率因數均達到0.90以上。表6為5號箱變和6號箱變改造前后功率因數對比。

表6 改造前后功率因數對比表

4 經濟效益分析

改造前后分別對5號箱變、6號箱變一定時間內的產量和耗電量進行了測試。改造后，節電率達6%以上，功率因數大于0.90。表7為改造前后充電單耗比較。

表7 5號箱變、6號箱變改造前充電單耗比較

2010年5 號箱變和6號箱變產量為1 237 773 kVAh。改造后單位產品按下降0.40 kWh/kVAh計算，在不擴大產量的前提下，年節約電量1 237 773 kVAh×0.40 kWh/kVAh=495 109 kWh，節約電費495 109 kWh×0.80元/kWh=396 087元。

每臺電網諧波及功率因數控制器按6萬元計算，安裝7臺共需要42萬元，其它輔助材料6萬元，合計投入48萬元。在不考慮節約其它費用的情況下，回收期至多為15個月。