卡爾多爐低壓配電室電能質量治理

胡 濤

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335400）

1 引言

貴溪冶煉廠熔煉車間二系統共設有低壓配電室［1］8個，各區域低壓配電室配備電容補償柜共16個。低壓配電室電容補償柜主要功能就是通過自動投切電容的方式增加容性負載［2］從而提高功率因數，功率因數的提高可以降低線路損耗，降低無功功率達到節能的效果。目前熔煉二系統低壓配電室功率補償柜普遍存在電容、保險、接觸器、控制器等容易燒壞等現象，維修成本較高，達不到補償效果。卡爾多爐I段、II段低壓配電室功率因數一直處于比較低的狀態，特別是負載變化較大的幾個配電室。在電能質量［3］補償方面已經很少利用電容補償柜的方式進行補償，現有技術均采用SVG補償的方式進行補償，SVG的主要優勢在于其不但能夠提高功率因數，還能用于治理諧波達到提高整個電能質量的效果。并且SVG相對電容補償柜較穩定，維修成本低。為解決這個問題，對幾個狀況較差的低壓配電室電能質量進行檢測，并給出了治理改進方案。從檢測配電室數據觀察，卡爾多爐低壓配電室II段進線功率因數最差。不但功率因數較低，其諧波電流［4］已超標準值。

2 改造前勘測點配電結構及測試數據

貴冶熔煉車間二系統卡爾多爐及陽極爐配電系統4個變壓器400V母線的電能質量情況，配電結構示意圖如圖1。

圖1 配電結構示意圖

利用專用儀器對熔煉車間二系統卡爾多爐1#、2#變壓器低壓400V母線及陽極爐1#、2#變壓器低壓400V母線測試數據。整理如表1。

表1 測試數據統計表

以上數據得出卡爾多爐2#變壓器低壓400V側電流畸變超過40%，諧波電流達到117A，超過國標中對諧波電流的要求，主要為2、5、7次諧波，注入上級電網，影響配電網絡穩定性［5］。卡爾多爐2#變壓器低壓400V側的二次諧波電流，會導致線路損耗增加，變壓器發熱嚴重，噪聲較大，線路有效使用率低。測試的四臺變壓器低壓400V側功率因數低于0.9國標要求，無功損耗［6］較大，線路有效使用率低，影響低壓配電網絡穩定性。卡爾多爐低壓變壓器配置的電容補償柜補償效果不好，且易受諧波影響，其它設備容易受到諧波干擾，影響關健設備安全性。

3 改造方案

根據現場勘測數據情況，在四臺變壓器低壓400V側使用加強型有源無功發生裝置（SVG）替代原有電容補償柜，集中補償無功，提高功率因數，同時可治理諧波，消除安全隱患，提高設備效率。

改造電容補償柜，拆掉原有器件，裝入SVG模塊［7］，補償無功，提高功率因數。主母線需增加電流互感器，采樣負載電流。采用模塊化產品，安裝和維護方便SVG單模塊容量50kVar，在負載波動［8］和設備容量，在補償系統中預留一個抽屜位，可擴容50kVar SVG容量，補償方案示意圖如圖2。

圖2 補償方案示意圖

3.1 治理配置方案

根據測試數據，治理諧波配置如下表2所示。

表2 測試數據配置方案

3.2 參考公式

總無功功率與需要補償的基波無功電流的計算方法：

其中：P為有功；Q為無功；QComp為需要補償的無功；φ為功率因數；φ1為治理前測量功率因數；φ2為目標功率因數；arc（cosφ1）為治理前測量功率因數角；arc（cosφ2）為目標功率因數角。

總電流畸變與需要補償諧波電流的計算方法：

其中：THD_i為總電流畸變率；in為第n次諧波電流大小；n為諧波次數；i1為基波電流；Hn%f為第n次諧波電流畸變率。

4 結論

此次卡爾多爐低壓配電室電容柜節能改造在保留原功率補償柜柜體，利用模塊式SVG替代電容補償，也降低了改造成本。治理后各次電流畸變率降低到5%以內，功率因數提高到0.92以上，滿足國標要求。同時降低了低壓配電室干式變壓器溫度和噪聲，提高低壓配電系統穩定性。后續將推廣到其它區域低壓配電室優化改造。