中頻爐無功補償兼濾波裝置的經濟效益分析
鑄造企業是耗能大戶，其中以中頻爐耗電最多，同時也存在巨大的節能潛力。鑄造企業對中頻爐進行無功補償和諧波治理具有較高經濟效益，中頻爐增加無功補償 兼濾波裝置不但對提高企業生產效率、設備可靠性有積極的作用，而且還有節省電能、環保等經濟效益和社會效益。
1. 前言
保定市北電電氣有限公司主要從事電能質量問題的成套裝置的研究開發與生產制造，供應快速投切無功補償裝置，業務涵蓋無功補償、諧波治理和變頻節能。低壓電容補償柜兼濾波裝置，為你解決功率因素不達標、提高供配電系統的利用率、穩定網壓，改善運行條件、濾除諧波，凈化電網、自動補償，實現無人值守、減低供配電損耗，獲得節能效益、減少變壓器溫升和損耗。承接低壓電容補償柜、諧波治理、變頻節能相關的成套方案設計。
2. 企業供電系統簡況
使用中頻爐熔煉金屬液，鑄件年產量為5萬噸。該公司變壓器總容量為8650kVA； 5000kVA（10kV/0.75kV）專用變壓器一臺，對應負荷為12噸中頻爐；3150kVA（10kV/0.75kV）專用變壓器一臺，對應負荷 為5噸中頻爐和15噸中頻保溫爐；500kVA（10kV/0.4kV）配電變壓器一臺，對應負荷為廠用電。原設計5000kVA、3150kVA專用變 沒有采取無功補償措施，500kVA配電變低壓側配置300kvar電容補償柜。
3. 改造前供電系統主要問題
3.1 專用變壓器噪聲大，油溫高，經常達到80℃，需外加風機散熱。
3.2 中頻爐工作時，500kVA配電變壓器也出現噪音增大。無功補償柜內的電容器經常燒毀，其他低壓設備經常出現不明原因跳閘。
3.3 功率因數只有 0.73，達不到供電局0.90的要求，調整電費扣罰每月約9萬元。
4. 原因分析
根據中頻爐的固有特性，我們基本認定這些問題是由中頻爐電源的諧波引起。中頻爐電源產生的大量諧波直接注入到專用變壓器，造成變壓器振動、損耗 增加，具體表現在噪音大、油溫高。同時，部分諧波通過10kV母線流入到500kVA的配電變壓器，并與低壓側的電容器發生諧振，造成電容器經常燒毀，保 護裝置誤動作。
5. 系統改造
根據就近補償原則，我們于2007年10月初，在2臺中頻爐專用變壓器的低壓側安裝了諧波治理設備。該裝置投入運行后，不但從根本上解決了上述電能質量問題，還收到很好經濟效益。經過幾個月的實 際運行，證明本次改造是成功的。
6. 補償兼濾波裝置結構特點
6.1 設計思路
企業的目標是設備安全和節省電費，低的投資成本，濾波效果其次。因此設計以無功補償和設備可靠性經濟性要求為首要目標，諧波治理以五次諧波為主，其他高次諧波不考慮。
6.2 濾波器全部投入時系統阻抗仿真結果如下圖：
6.3 關鍵元器件選取
6.3.1 接觸器：頂級高性能真空接觸器作為投切器件，其性能可靠，電壽命可達60萬次，損耗小。
6.3.2 濾波電容器：采用特殊制造的單相濾波電容器，其主要絕緣材料采用國外品牌。濾波電容器使用壽命長，損耗小，可長期（一般4～6年）在諧波較大的環境下使用（一般電容器在諧波負荷下的壽命，只有0.1～1.5年）。
6.3.3 濾波電抗器：采用低損耗的鐵心濾波電抗器，電抗器正常運行溫升不超過60K，真正做到“綠色節能”。裝置整體損耗保證小于總容量的1％。
6.3.4 每個支路都有三級過流保護，系統安全可靠性高。
6.4 具有超限報警和保護閉鎖功能，報警限值可由用戶設定。
6.5 具有手動控制和自動控制兩種工作方式，便于調試。
7. 改造后的綜合效益
7.1 裝置的運行情況
該無功補償兼濾波裝置可自動跟蹤調節各個支路的投切，開啟后無須人員操作。2007年10月初投運，當月功率因數由0．73提高到0．91。之后的每個月的功率因數都是0.97。
8.2 產生的經濟效益
8.2.1 功率因數提高，節約力調電費：裝置投入后功率因數提高至0．97，力率調整電費由罰8.5％變為獎0.75％，一正一負相差9.25％，月節省調整電費約10萬元。
2007年 9月 10月 11月 12月 有功電量 1548240 1366320 2066520 1512000 無功電量 1458360 627240 490560 352200 功率因數 0.73 0.91 0.97 0.97 調整系數 8.50% -0.15% -0.75% -0.75% 力率電費 89629 -1464 -10575 -7857 實繳電費 1190232 1015137 1461025 1084794 節約電費 / -84414 -130427 -96902
8.2.2 增容降損 功率因數由0.73提高至0.97，變壓器的平均負荷電流減小25％（cosφ1/cosφ2＝0.73/0.97），相當于變壓器運行容量降低了25％ （2000kVA）；變壓器銅損減少：1-（0.73/0.97）2＝43％；變壓器溫度降到65℃左右；每月節省電量40kWx43%x12小時x30 天＝6192kW.h/月（40kW－2臺變壓器的合計銅耗，每天工作12小時）。此項節約電費：3800元/月。
8.2.3 提高生產效率
無功補償兼濾波裝置投入后，電壓穩定了，縮短了熔煉時間，（也減少了熱能既電能損失），提高了生產效率。
8.3 企業綜合投資收益
此鑄造企業新增的2套中頻爐專用的無功補償兼濾波裝置，全部投資為100多萬元。實際平均月節約電費10萬元以上，一年就收回了投資成本。
9. 結論
綜上所述，中頻爐增加無功補償兼濾波裝置具有很高的效益，其兼顧了無功補償又有濾波功能，具有提高生產效率，提高設備可靠性，節省電能等優點。企業正常生產，該投資一般1～2年即收回。因此，有必要在鑄造行業推廣使用。
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