电力学堂

电能质量

无功补偿兼滤波装置在铸造企业中的应用价值

作者：admin 发表时间：2009-8-19 10:18:56 阅读：次

1. 前言

铸造用中频炉具有维护方便，操作简单可靠，可准确地控制和调整金属液温度与成分，熔炼速度快，成型铸件质量好，而且其工作噪音和污染都较冲天炉小等特点。因此在铸造领域里它比冲天炉应用更广泛，越来越受到铸造企业的青睐。中频炉熔炼金属时需要消耗大量电能，其节能降耗也是一个受到企业和社会各方都关注的问题。现在笔者结合对中频炉改善电能质量的实际经验，阐述运用无功补偿兼滤波装置进行节能降耗的效益。

2. 企业供电系统简况

广东顺德某大型球铁铸造公司，该公司使用中频炉熔炼金属液，铸件年产量为5万吨。该公司变压器总容量为8650kVA； 5000kVA（10kV/0.75kV）专用变压器一台，对应负荷为12吨中频炉；3150kVA（10kV/0.75kV）专用变压器一台，对应负荷为5吨中频炉和15吨中频保温炉；500kVA（10kV/0.4kV）配电变压器一台，对应负荷为厂用电。原设计5000kVA、3150kVA专用变没有采取无功补偿措施，500kVA配电变低压侧配置300kvar电容补偿柜。

3. 改造前供电系统主要问题

3.1 专用变压器噪声大，油温高，经常达到80℃，需外加风机散热。

3.2 中频炉工作时，500kVA配电变压器也出现噪音增大。无功补偿柜内的电容器经常烧毁，其他低压设备经常出现不明原因跳闸。

3.3 功率因数只有 0.73，达不到供电局0.90的要求，调整电费扣罚每月约9万元。

4. 原因分析

根据中频炉的固有特性，我们基本认定这些问题是由中频炉电源的谐波引起。中频炉电源产生的大量谐波直接注入到专用变压器，造成变压器振动、损耗增加，具体表现在噪音大、油温高。同时，部分谐波通过10kV母线流入到500kVA的配电变压器，并与低压侧的电容器发生谐振，造成电容器经常烧毁，保护装置误动作。

中频炉功率因数低0.73，大量无功功率由专用变压器提供，加重了变压器的负担。由于配电变的电容器也经常烧毁，不能正常运行，公司担心设备的安全，不敢轻意投资中频炉补偿柜。造成公司整体功率因数偏低，月调整电费高。

5. 系统改造方案

根据就近补偿原则，需要在2台中频炉专用变压器的低压侧安装中频炉专用的2套无功补偿兼谐波治理设备，该装置投入运行后，不但可以从根本上解决上述电能质量问题，还收到很好经济效益。

6. 补偿兼滤波装置结构特点

6.1 设计思路

企业的目标是设备安全和节省电费，低的投资成本，滤波效果其次。因此设计以无功补偿和设备可靠性经济性要求为首要目标，谐波治理以五次谐波为主，其他高次谐波不考虑。

6.2关键元器件选取

6.2.1接触器：顶级高性能真空接触器作为投切器件，其性能可靠，电寿命可达60万次，损耗小。

6.2.2滤波电容器：采用特殊制造的单相滤波电容器，其主要绝缘材料采用国外品牌。滤波电容器使用寿命长，损耗小，可长期（一般4～6年）在谐波较大的环境下使用（一般电容器在谐波负荷下的寿命，只有0.1～1.5年）。

6.2.3滤波电抗器：采用低损耗的铁心滤波电抗器，电抗器正常运行温升不超过35K，真正做到“绿色节能”。装置整体损耗保证小于总容量的1％。

6.2.4每个支路都有三级过流保护，系统安全可靠性高。

6.3 具有超限报警和保护闭锁功能，报警限值可由用户设定。

6.4 具有手动控制和自动控制两种工作方式，便于调试。

7. 改造后的综合效益

7.1 治理效果

该无功补偿兼滤波装置可自动跟踪调节各个支路的投切，开启后无须人员操作。投运后功率因数由0．73提高到0．97。

7.2 产生的经济效益

7.2.1功率因数提高，节约力调电费：装置投入后功率因数提高至0．97，力率调整电费由罚8.5％变为奖0.75％，一正一负相差9.25％，月节省调整电费约10万元。

7.2.2增容降损

功率因数由0.73提高至0.97，变压器的平均负荷电流减小25％（cosφ1/cosφ2＝0.73/0.97），相当于变压器运行容量降低了25％（2000kVA）；变压器铜损减少：1-（0.73/0.97）²＝43％；变压器温度降到65℃左右；每月节省电量40kWx43%x12小时x30天＝6192kW.h/月（40kW－2台变压器的合计铜耗，每天工作12小时）。此项节约电费：3800元/月。

7.2.3提高生产效率

无功补偿兼滤波装置投入后，电压稳定了，缩短了熔炼时间，（也减少了热能既电能损失），提高了生产效率。

7.2.4提高设备运行可靠性，延长设备使用寿命。

无功补偿兼滤波装置投入后，负荷无功电流、谐波电流减少，设备的发热、损耗降低，振动减少。谐波电流减小70％，单独谐波损耗节约的电费每月将近4000元。

系统内各元件损坏率降低、设备绝缘老化减缓，故障率下降，延长设备寿命，因而提高了公司整体用电的安全性。

7.2.5供电系统效益

无功功率的减少，不仅节约企业自身的电费开支，还减少了电网的线损和对上一级变压器容量的占用。谐波污染的减少，降低了对通讯、自动控制装置、电能计量和继电器保护的干扰，提高了电网的安全性能。

7.3 企业综合投资收益

此铸造企业新增的2套中频炉专用的无功补偿兼滤波装置，全部投资为132万元。实际平均月节约电费10万元以上，一年就收回了投资成本。

8. 结论

综上所述，中频炉增加无功补偿兼滤波装置具有很高的效益，其兼顾了无功补偿又有滤波功能，具有提高生产效率，提高设备可靠性，节省电能等优点。企业正常生产，该投资一般1～2年即收回。因此，有必要在铸造行业推广使用。

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