冶金行業中的電能質量問題解決方案

前言

冶金是指從礦物中提取金屬或金屬化合物，用各種加工方法將金屬制成具有一定性能的金屬材料的過程和工藝。由于冶金行業中加工工藝的特殊性（下圖），生產加工設備的運行將給電力用戶側帶來一系列的電能質量問題，其中功率因數低、電壓波動、諧波污染等問題尤為顯著，因此，冶金行業是電能質量治理的重點對象。

鋼鐵工藝流程圖

本文以近期公司合作的某鋼鐵項目為例，簡單闡述該案例中所涉及電能質量問題的檢測、分析方法和解決方案，分享相關行業的電能質量治理經驗。

一、測試

本項目以低壓配電室中的2^#動力柜為測量基礎，其主要負載為電機、風機和照明系統，配備一臺容量為3150kVa的變壓器，兩組進線均并聯接入變壓器。電容補償柜為接觸器投切開關，檢測時中停運行，沒有無功補償功能，功率因數處于待補償范圍內。

2^#動力柜的兩組電容補償柜的前端電能質量測試結果如表1所示。

表1  2^#動力柜電能質量測試結果

其中兩處測試點數據實拍圖如下：本次測試共有兩個測試點，通過表中的測試數據可以看出，兩個測試點的諧波數據基本滿足 GB/14549-1993 中的諧波標準要求。但功率因數均相對較低，且2^#進線柜有少量5次諧波電流。

1^#測試點電流波形圖                                    2^#測試點電流波形圖

1^#測試點諧波電流柱狀圖                              2^#測試點諧波電流柱狀圖

1^#測試點功率和功率因數圖                             2^#測試點功率和功率因數圖

二、分析

從以上檢測數據可以看出，系統總電流較大，功率因數不達標，需要進行無功補償，2^#動力柜的2^#進線柜的5次諧波電流達40A，可選擇配置APF（有源電力濾波器）進行濾除，電能質量治理能達到更好的效果。

三、治理方案

根據上述分析結果，同考慮現場配電室的空間以及后期負載調整等問題。具體配備的抑諧式低壓無功補償裝置和有源濾波器（APF）的型號和數量見表2。

表2  治理設備配置表

四、治理效益

1、減少諧波含量，保護用電設備，降低變壓器損耗，提升供電可靠性。

2、提高系統功率因數，降低線路損耗，提升變壓器質量。

3、減少控制設備和繼電保護裝置誤動作或拒動作，提高供電的安全和可靠性。

4、補償三相電流不平衡，減少變壓器和線路的銅損以及降低中線電流，提高供電質量。

5、減小變壓器的附加損耗，降低噪聲，提升變壓器的帶載能力。

6、有源濾波器在濾除配電系統的諧波外，還可以節省5%～15%電費，為客戶帶來節能效益。

7、補償設備接入后，提升了變壓器和配電線纜的帶載能力，減少了系統在擴容方面的投入。