浅析五连轧谐波柜投用节能成效

　　因我公司二区五连轧可控硅频繁击穿（共击穿16次，更换可控硅46个），根据此轧线设备故障特点，结合公司电气小组对厂内用电质量测量，测量结果发现当前系统内存在如下问题：谐波含量和电压畸变率超出国家标准限值；功率因数较低，电能利用率不高，电能有浪费情况；系统内三相不平衡；生产线、变压器和线路损耗较高；生产线、变压器等供用电设备使用寿命低于正常时限；设备故障品率增加。

　　1 投用前后消谐效果对比

　　针对五连轧实际工作情况，经研究决定使用低压动态滤波补偿（APF+SVG+TSC）设备对其进行改造。低压侧功率因数保持在0.95以上；设备运行电流大幅下降，下降率30%左右；电压谐波畸变率大幅降低，电流谐波畸变率大幅降低，各次谐波含量大幅降低，满足国标要求。

　　低压动态滤波补偿（APF+SVG+TSC）设备投入运行前数据分析：测试电流2952A，电压434V，有功1653kW，无功1442kvar，功率因数0.753，电压谐波畸变率11%，电流谐波畸变率839A，谐波2次91A, 3次44A, 4次45A, 5次752A, 6次37A, 7次168A, 8次7A, 9次3A, 11次210A, 13次99A, 17次120A, 19次67A, 23次76A。可见变压器低压侧无功很大，功率因数很低0.75，谐波严重。

　　低压动态滤波补偿（APF+SVG+TSC）设备投入运行后数据分析：测试电流2070A，电压436V，有功1450kW，无功535kvar，功率因数0.957，电压谐波畸变率3.9%，电流谐波畸变率152A，谐波2次14A, 3次12A, 4次14A, 5次157A, 6次5A, 7次38A, 8次7A, 9次2A, 11次27A, 13次45A, 17次25A, 19次10A, 23次15A。功率因数提升到0.957，无功电流下降882A, 谐波畸变率下降687A，谐波5次下降595A, 7次下降130A，其他谐波电流下降明显。

　　2 投用后节能效果对比

　　由表2得出：低压侧功率因数保持在0.95以上；设备运行电流大幅下降，下降率30%左右；电压谐波、电流谐波畸变率都大幅降低，各次谐波含量大幅降低，满足国标要求。

　　2.1 节能效益分析

　　谐波造成的损耗。谐波的集肤效应使导线截面积变小，电阻加大，损耗加大；谐波的频率较高造成变压器、电机等电磁感应设备高频涡流效应形成附加损耗。目前谐波畸变率在30%左右，集肤效应和高频涡流附加损耗使等效阻抗R提高1.4倍左右。此方面计算复杂，没有权威公式。

　　供配电损耗。补偿前后供配电损耗计算公式:3I2R-3[ (cosφ1/cosφ2) I]2R;cosφ1为0.75，补偿到cosφ2为0.95。电流降低率：（2952-2070）÷2952=30%；损耗降低率：1-（1-30%）2=51%（无谐波情况下）；谐波30%时使阻抗增加1.4倍，在谐波情况下损耗降低率为：{3I2 (1.4×R）-3[ (cosφ1/cosφ2) I]2R}÷3I2 (1.4×R）=72%（在谐波影响下损耗可降低72%）；我国供配电整体损耗率约为8%～9%，具体到工厂包括谐波损耗、线路损耗、变压器损耗、供电匹配损耗等。

　　2.2 节能计算

　　2.2.1 年可节电量

　　根据计算标准：年可节电量=补偿容量×无功经济当量×年运行时间，其中“补偿容量”为实际投运的补偿容量，单位是kvar；设计安装补偿容量为1200kvar。选择设计525V电容，运行电压为440V，实际基波补偿容量为安装容量的0.7，实际基波补偿容量=1200×0.7=840kvar，“年运行时间”按照一年运行333天计算，为8000小时；“无功经济当量”按照国家标准GB12497《三相异步电动机经济运行》中的规定，kQ为无功经济当量；当电动机直连发电机母线k Q=0.02～0.04，二次变压取k Q=0.05～0.07，三次变压取k Q=0.08～0.10；这个标准的规定适用于异步电动机，当然也可参照适用于其他无功负荷。

　　计算结果：因为补偿在变压器二次侧，所以无功经济当量k Q取最小0.05，年可节电量=840×0.05×8000=336000度。

　　2.2.2 线路及变压器损耗

　　3150kVA×2%×80%（运行效率）×51%（损耗节能率）×8000小时/年（生产时间）=205632度。初步估计，年节约金额=年可节电量+线路及变压器损耗×日平均电价=（336000+205632）×0.567=307105.344元≈30万元。

　　现场核侧数据统计分析：后期通过与制造管理部专业工程师结合对比我公司内部现场实测对比，发现在投运低压动态滤波补偿前后的现场电流采样取平均值（五连轧生产期间），从现场平均数据分析来看，高压侧下降15A左右（189-174=15A），考虑到轧线设备生产工艺特点，取系数0.3，直接效益可节省电能1060元/天；年均节省电费35万元/年。通过谐波的检测，谐波总电流下降700～800A，无功下降600～700A；折算后1900-600=1300A<1800A（当前可控硅电流），可以满足轧线设备由于谐波干扰频繁导致可控硅损坏的根本目的，此为无形效益，后期将根据设备运行的特点持续统计（由于目前设备投用时间较短，后续还需统计轧线故障率进行对比分析），达到节能降耗、降低设备故障率目的。

　　2.3 无形效益分析

　　通过无功补偿提高功率因数（0.753～0.957），降低母线电压波动，提高供电质量；降低总降压变电所的无功补偿和谐波治理压力，为优化主变容量费创造有利条件；通过滤除谐波，延长变压器和电机等电气设备使用寿命，防止对全厂电网的污染，提高电气系统稳定性。

　　3 结语

　　根据当前设备的运行效果，通过谐波的检测，可满足轧线设备由于谐波干扰频繁导致可控硅损坏的根本目的。后期将根据设备运行的特点，对三连轧配电系统进行电能质量检测，完成有针对性的改善方案，达到节能降耗、降低设备故障率的目的。