卡爾多爐低壓配電室電能質(zhì)量治理

胡 濤

（江西銅業(yè)集團(tuán)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(tǒng)共設(shè)有低壓配電室［1］8個(gè)，各區(qū)域低壓配電室配備電容補(bǔ)償柜共16個(gè)。低壓配電室電容補(bǔ)償柜主要功能就是通過自動(dòng)投切電容的方式增加容性負(fù)載［2］從而提高功率因數(shù)，功率因數(shù)的提高可以降低線路損耗，降低無功功率達(dá)到節(jié)能的效果。目前熔煉二系統(tǒng)低壓配電室功率補(bǔ)償柜普遍存在電容、保險(xiǎn)、接觸器、控制器等容易燒壞等現(xiàn)象，維修成本較高，達(dá)不到補(bǔ)償效果。卡爾多爐I段、II段低壓配電室功率因數(shù)一直處于比較低的狀態(tài)，特別是負(fù)載變化較大的幾個(gè)配電室。在電能質(zhì)量［3］補(bǔ)償方面已經(jīng)很少利用電容補(bǔ)償柜的方式進(jìn)行補(bǔ)償，現(xiàn)有技術(shù)均采用SVG補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行補(bǔ)償，SVG的主要優(yōu)勢(shì)在于其不但能夠提高功率因數(shù)，還能用于治理諧波達(dá)到提高整個(gè)電能質(zhì)量的效果。并且SVG相對(duì)電容補(bǔ)償柜較穩(wěn)定，維修成本低。為解決這個(gè)問題，對(duì)幾個(gè)狀況較差的低壓配電室電能質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并給出了治理改進(jìn)方案。從檢測(cè)配電室數(shù)據(jù)觀察，卡爾多爐低壓配電室II段進(jìn)線功率因數(shù)最差。不但功率因數(shù)較低，其諧波電流［4］已超標(biāo)準(zhǔn)值。

2 改造前勘測(cè)點(diǎn)配電結(jié)構(gòu)及測(cè)試數(shù)據(jù)

貴冶熔煉車間二系統(tǒng)卡爾多爐及陽極爐配電系統(tǒng)4個(gè)變壓器400V母線的電能質(zhì)量情況，配電結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1 配電結(jié)構(gòu)示意圖

利用專用儀器對(duì)熔煉車間二系統(tǒng)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(cè)試數(shù)據(jù)。整理如表1。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

以上數(shù)據(jù)得出卡爾多爐2#變壓器低壓400V側(cè)電流畸變超過40%，諧波電流達(dá)到117A，超過國標(biāo)中對(duì)諧波電流的要求，主要為2、5、7次諧波，注入上級(jí)電網(wǎng)，影響配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性［5］。卡爾多爐2#變壓器低壓400V側(cè)的二次諧波電流，會(huì)導(dǎo)致線路損耗增加，變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，噪聲較大，線路有效使用率低。測(cè)試的四臺(tái)變壓器低壓400V側(cè)功率因數(shù)低于0.9國標(biāo)要求，無功損耗［6］較大，線路有效使用率低，影響低壓配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。卡爾多爐低壓變壓器配置的電容補(bǔ)償柜補(bǔ)償效果不好，且易受諧波影響，其它設(shè)備容易受到諧波干擾，影響關(guān)健設(shè)備安全性。

3 改造方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)情況，在四臺(tái)變壓器低壓400V側(cè)使用加強(qiáng)型有源無功發(fā)生裝置（SVG）替代原有電容補(bǔ)償柜，集中補(bǔ)償無功，提高功率因數(shù)，同時(shí)可治理諧波，消除安全隱患，提高設(shè)備效率。

改造電容補(bǔ)償柜，拆掉原有器件，裝入SVG模塊［7］，補(bǔ)償無功，提高功率因數(shù)。主母線需增加電流互感器，采樣負(fù)載電流。采用模塊化產(chǎn)品，安裝和維護(hù)方便SVG單模塊容量50kVar，在負(fù)載波動(dòng)［8］和設(shè)備容量，在補(bǔ)償系統(tǒng)中預(yù)留一個(gè)抽屜位，可擴(kuò)容50kVar SVG容量，補(bǔ)償方案示意圖如圖2。

圖2 補(bǔ)償方案示意圖

3.1 治理配置方案

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，治理諧波配置如下表2所示。

表2 測(cè)試數(shù)據(jù)配置方案

3.2 參考公式

總無功功率與需要補(bǔ)償?shù)幕o功電流的計(jì)算方法：

其中：P為有功；Q為無功；QComp為需要補(bǔ)償?shù)臒o功；φ為功率因數(shù)；φ1為治理前測(cè)量功率因數(shù)；φ2為目標(biāo)功率因數(shù)；arc（cosφ1）為治理前測(cè)量功率因數(shù)角；arc（cosφ2）為目標(biāo)功率因數(shù)角。

總電流畸變與需要補(bǔ)償諧波電流的計(jì)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(shù)；i1為基波電流；Hn%f為第n次諧波電流畸變率。

4 結(jié)論

此次卡爾多爐低壓配電室電容柜節(jié)能改造在保留原功率補(bǔ)償柜柜體，利用模塊式SVG替代電容補(bǔ)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(nèi)，功率因數(shù)提高到0.92以上，滿足國標(biāo)要求。同時(shí)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(tǒng)穩(wěn)定性。后續(xù)將推廣到其它區(qū)域低壓配電室優(yōu)化改造。