楊修才
河南省安陽市安鋼第一軋鋼廠(455004)
260機組主要設備構成是直流主電機、整流變壓器、整流裝置等,這些裝置在運行過程中會產生大量的無功功率,無功功率不做功,但占有電網容量,造成整流變壓器和供電線路發熱,嚴重時還可能燒毀設備。為此們車間于2010年1~2月份利用已有元器件,協同北京三義的技術人員進行了TSC系統的改造。改造后用的TSC的主要特點是:靠近負載,采用TSC(晶閘管開關電容器)動態無功功率補償技術,晶閘管以10ms速度直接將電容器投入電網,動態響應時間一般工業型40 m/s,快速型15 m/s,入網退網電流為零,入網退網電流為正弦變化,對電網無沖擊;裝置具有諧波治理功能,通過非標設計,諧波治理可達到國標要求。
260機組的原15套TSC裝置是在 2001年投入使用的,在投入后的幾年里由于生產工藝條件和補償對象的不斷變化及其元器件的老化,其設計能力已不能適應這些變化,進而導致故障率大大提高。主要表現有電抗器負載過大,發熱嚴重,使用年限過久,元器件老化、損壞嚴重等等。有時甚至引發設備事故。例如13#機架就由于負載過大導致裝置部分元器件發熱嚴重,且發熱時間過長而著火,不僅燒毀了TSC裝置,還引發了13#整流裝置的跳閘,導致了生產事故的發生。
我們針對每個機架采取了不同的改造方案∶
1)3#變壓器電壓升高到630 V,10#變壓器下降到400 V,需要將3#機架的補償設備與10#機架的補償設備對調。
2)1-9#機架∶濾波器由原來的5路改為3路,每路9只電容器,甩掉多路過載板,阻容吸收使用3路,并更改相應的線路。
3)10#、12#、14#機架補償改造∶①基礎柜改造∶拆除電抗器,換上170 A/1.2 mH電抗,電容器每相5只 120 μF,2只60 μF增加 12片電容連接銅排,有原 3 路阻容吸收該為 1 路(0.22 μF,200 Ω),甩掉多路過載板,并更改相應的線路;②擴展柜改造:拆除電抗器,換上60 A/3.4 mH電抗為第一路,換上120 A/1.7 mH電抗為第2路。原第1路電容器接60 A電抗,第2路電容器接120 A電抗。原第1路阻容吸收繼續使用,第1路改為0.22 μF,200 Ω。
4)11#、13#、15#機架補償改造∶①基礎柜改造∶拆除電抗器,換上180 A/1 mH電抗,電容器每相6只 120 μF,1 只 60 μF 增加 12 片電容連接銅排,有原 3 路阻容吸收該為 1 路(0.22 μF,100 Ω),甩掉多路過載板,并更改相應的線路;②擴展柜改造∶拆除電抗器,換上70 A/2.7 mH電抗為第一路,換上140 A/1.4 mH電抗為第2路。原第1路電容器接70 A電抗,第2路電容器接140 A電抗。阻容吸收電容繼續使用,電阻改為200 Ω。
5)13#放炮燒毀的TSC裝置照新圖紙進行修復。
1)修復投運后效果顯著,主電機各個機架的功率因數得到了不同程度的提高。平均相位功率因數約等于0.74,補償后平均功率因數為0.9。各個機架功率因數,見表1。
2)補償后的供配電損耗節能率為∶

那么,年節電量為∶W=δη1∑PT-η2∑QCT(度)
其中,δ∶供配電損耗節能率
P∶補償前供電有功功率(單位∶kW)
QC∶補償裝置基波容量(單位:kVar)
η1∶補償前線損率(一般為0.05,線損率每個現場因供電情況不一樣而有所差異)
η2∶補償裝置損耗率 (按0.01計算)
T∶年用電時間(單位∶小時)

表1 各個機架功率因數

表2 電機功率統計

表3 年節電量
根據表2計算結果年節電量為86.36萬Kw·h,電費按0.7元/Kw·h計算每年可以節約電費60.452萬元。
3)260機組采用Ⅰ段6071、Ⅱ段6161兩路供電,備一用一,用母聯連接,本次試驗用Ⅱ段6161回路。

表4 各種規格補償前后高壓電網參數對比
從表4可以看出∶
1)補償后Ⅱ段電流是補償前Ⅱ段電流70%,Ⅱ段減少線路電流30%,根據線路原理,線路的損耗與負荷電流的平方成正比,依據公式ΔP=3×I×I×R,補償后Ⅱ段線路損耗下降的百分數為51%。
2)補償后母聯電流是補償前母聯電流的83%,減少母聯電流 27%,依據公式 ΔP=3×I×I×R,補償后母聯線路損耗下降的百分數為31%。
3)根據《功率因數調整電費表》得知,Ⅱ段cosφ由補償前的0.924提高到0.96,月電費由減少0.3%增加到減少0.75%,年節約電費計算如下∶(按年產量92萬t鋼,噸鋼耗電58.2 KW·h,電費 0.7元計算)。
92 萬 t/年×58.2KW·h/t×0.7 元×(0.75%-0.3%)=16.866萬元。
補償后Ⅱ段線路損耗降低了51%,母聯損耗降低了31%,年節約電費16.866萬元。

表5
由表5得知,機組變壓器溫度補償前后平均下 降6℃,延長變壓器使用壽命,有效減少事故。