電解鋁企業的諧波治理及節能效果分析

鄭晶晶，羅 凡，楊 勇

（1.甘肅省電力公司 電力科學研究院，蘭州 730050；2.甘肅省電力公司，蘭州 730050）

電解鋁企業的諧波治理及節能效果分析

鄭晶晶1，羅 凡2，楊 勇1

（1.甘肅省電力公司 電力科學研究院，蘭州 730050；2.甘肅省電力公司，蘭州 730050）

電解鋁工業中，諧波對電力系統造成污染。從現場實際出發，介紹電能質量測試情況及各項電能質量指標限值，對測試結果及諧波治理經濟效益進行分析。

諧波治理；節能分析；電能質量

電解鋁工業是電力系統中公認的諧波污染大戶，由于大量采用電力電子變流技術而不可避免地產生大量諧波，對電網造成諧波污染[1]。通常鋁廠的諧波主要來源于2個方面。一是整流裝置：鋁廠電解鋁整流系統大多采用三相橋式并聯方式，并由若干脈動整流機組組成，這樣將產生多種高次特征諧波與非特征諧波；二是變頻裝置：鋁廠內部除線性負荷外，還包括變頻裝置等大量非線性負荷，如：鑄軋機、電動機車等變頻調速設備[2]。

1 某鋁廠變電站情況

某鋁廠通過兩回鋁廠至330 kV先鋒變輸電線路為其500 kA整流所供電，電壓等級為220 kV,線路導線型號LGJ-2*500/35，長度為3.855 km。

某鋁廠500 kA整流所220 kV甲母和乙母獨立運行，分別由2個220 kV線路供電。其中，220 kV甲母帶7臺整流變壓器運行，220 kV乙母帶2臺動力變壓器運行。測試時間段內，線路有功功率約為400 MW。

2 電能質量測試情況

2.1 測試方法要求

采樣頻率不低于每個周波256點。基本記錄時間長度取1 min。

傅里葉分析的采樣窗口取10個工頻周期，窗函數采用矩形窗。諧波、不平衡度、電壓偏差測量以3 s作為測量的基本時間長度。在3 s時段內，每隔200 ms做1次測量并記錄，進行連續測量，對3 s內所測的15組200 ms數據取均方根值作為基本時間長度的幅值。電網基波頻率的測量，每次取1 s、3 s或10 s間隔內計到的整數周期與整數周期累計時間之比[3]（和1 s、3 s或10 s時鐘重疊的單個周期應丟棄）。

2.2 測試數據統計方法

在1 min測量數據基礎上，針對測試時間段，按照國家標準的規定，95%概率大值選取方法，即將實測值由大到小次序排列，舍棄前面的5%概率大值，取剩余實測值中的最大值[4]。測量結果應取測量時段內三相中最大相的實際測量的95%概率大值。

3 各項電能質量指標限值

3.1 供電電壓偏差

根據國家標準GB/T 12325—2008要求，供電電壓正、負偏差絕對值之和不超過標稱電壓的10%。(注：如供電電壓上下偏差同號（均為正或負）時，按較大的偏差絕對值作為衡量依據。)

3.2 閃變

根據國家標準GB/T 12326—2008規定，電力系統的公共連接點，在系統正常運行的較小方式下，母線長時間閃變值最大值不超過0.8。

3.3 三相電壓不平衡

根據國家標準GB/T 15543—2008規定，電力系統公共連接點電壓不平衡度限值為：電網正常運行時負序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%。

對于電力系統的公共連接點，供電電壓負序不平衡度的測量值的10 min方均根值的95%概率大值應不大于2%，所有測量值中的最大值不大于4%。

3.4 電力系統頻率偏差

根據國家標準GB/T 15945—2008規定，電力系統正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz。當系統容量較小時，偏差限值可以放寬到±0.5 Hz。

3.5 諧波

3.5.1 諧波電壓限值

根據國家標準GB/T 14549—1993中的規定，公用電網諧波電壓（相電壓）限值見表1。

表1 公用電網諧波電壓限值

根據國家標準要求，取各相實測值的95%概率值中的最大的一相，作為判斷諧波是否超過允許值的依據[5]。

3.5.2 諧波電流限值

按照國家標準GB/T 14549—93《電能質量——公用電網諧波》要求，通過計算得到PCC（電網公共點）允許該用戶注入的各次諧波電流允許值，見表2。

4 220 kV線路電能質量測試結果分析

4.1 供電電壓偏差

給出監測點的供電電壓偏差監測數據統計結果，并與限值比較分析得出結論，見表3。

4.2 閃變

給出監測點的閃變監測數據統計結果，并與限值比較分析得出結論，見表4。

4.3 三相電壓不平衡

給出監測點的三相電壓不平衡監測數據統計結果，并與限值比較分析得出結論，見表5。

4.4 電力系統頻率偏差

給出監測點的頻率偏差監測數據統計結果，并與限值比較分析得出結論，見表6。

4.5 諧波

給出監測點諧波電壓和諧波電流（包括總諧波畸變率和各次諧波電壓含有率監測數據統計結果，并與限值比較分析得出結論。

由測試數據分析，220 kV線路主要以3、5、7、9、11、13次諧波電壓為主，但是都未超出合格范圍。220 kV線路3次諧波電流最大，超出合格范圍。

表2 PCC點允許注入諧波電流 A

表3 供電電壓偏差表%

表4 電壓閃變統計表

表5 三相電壓不平衡度統計表%

表6 電壓頻率統計表Hz

5 經濟效益分析

采用電力濾波器的濾波補償方案，通過充分考慮供電系統參數、整流機組的諧波和功率因數情況，提出消除諧波和補償功率因數的濾波器方案：在各整流機組母線加裝5次、7次、11次單調諧[8]。

加濾波器后，當整流機組生產時，注入220 kV考核點的各次諧波電流都在標準及限定值以內，各次諧波電流基本消除，電能質量得到極大改善，同時，整流器諧波的消除，還可以大大改善鋁廠內部供電環境，使所有的用電設備的性能得到最大限度的發揮[9—10]。

濾波器組投入后，在任何狀態運行時，均不會和系統產生電流諧振和電壓諧振，不會產生設備過熱、過電壓等現象。

通過諧波電壓電流的控制，很大程度上降低了電氣設備的附加損耗。考慮到變壓器繞組的附加損耗率k1，鐵心的磁滯附加損耗率k2，鐵心的渦流附加損耗率k3以及電纜導體的附加損耗率k4等因素，假設變壓器的基波損耗為5%，則治理后的節電率k=(k1+k2+k3+k4)×5%,在這里k1+k2+k3+k4取經驗數據1.769 6，則k=1.769 6×5%=8.85%。假設該鋁廠年平均負荷為400 MW，則經過諧波治理后的年節電量：400 MW×24 h/d×365 d×8.85%=3.1億 kWh。

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[1]桂勤昌,潘永剛,田英杰.上海電網諧波污染現狀分析[J].上海電力,2005(3)：235-237.

[2]宋春寧,鄭江,劉路.電氣鐵道諧波實時監測系統[J].廣西電力,2003(4)：1-3.

[3]周鐵強,李佐漢.城前嶺220 kV變電站諧波治理的研究[J].電力建設,2003(5)：27-29.

[4]李學信,曲效榮.秦皇島地區兩座220 kV變電站的電鐵諧波治理[J].電力電容器,2003(1)：10-12.

[5]張尊儒,劉旭剛.某電子鋁箔廠的諧波治理與無功補償[J].廣西電力,2004(2)：7-8,13.

[6]陳存龍,姜一鳴.鋼廠諧波治理一例[J].電世界,2006(2)：26-27.

[7]郭建梅,趙志齊.電力系統諧波危害及預防措施[J].天津電力技術,2002(3)：20-23,38.

[8]高昌濤,劉劍.低壓電力系統諧波的產生、危害及其防護[J].低壓電器,2005(12)：54-57.

[9]吳國沛,任震.電力系統諧波對繼電保護的影響[J].電力自動化設備,2002(7)：78-79.

[10]劉乾業,許偉.低壓電網諧波治理和無功補償裝置的合理選擇.電力設備,2004(6)：46-48.

Harmonic control and energy?saving effect of electrolytic aluminum enterprise

ZHENG Jing?jing,LUO Fan2,YANG Yong1
（1.Electric Power Research Institute,Gansu Electric Power Company,Lanzhou 730050,China;2.Gansu Electric Power Company,Lanzhou 730050,China）

In electrolytic aluminum industry,the harmonics pollutes on power systems.From reality on?site,the power quality test cases and the power quality indicators limitations are intro?duced.The test results and the economic efficiency of harmonic control are analyzed.

harmonic control;energy conservation analysis;power quality

F407.61；TK018

B

2012-09-03

鄭晶晶（1981），女，山東德州人，工程師，從事需求側管理、節能服務等方面的科研工作；羅凡（1974），女，重慶人，工程師，長期從事需求側管理、節能服務等方面的管理和科研工作；楊勇（1972），男，甘肅張掖人，高級工程師，從事節能服務、電力系統穩定性分析等方面的科研工作。

1009-1831（2012）06-0033-03

（

孫 晶）