1 項目背景及現(xiàn)狀
某冶煉廠為國際知名銅冶煉企業(yè)，位于廣東省某市的分廠以再生銅冶煉為主，由于主要工藝過程為除雜、電解及精煉，需要用到中壓整流變壓器，且各生產(chǎn)車間有大量的變頻器和風(fēng)機、水泵的使用，造成I段10kV母線諧波含量超標、功率因數(shù)嚴重偏低，經(jīng)測試，得到測試數(shù)據(jù)，分析如下：
首先，功率因數(shù)為0.7的嚴重偏低值，每個月的罰款金額極大，據(jù)悉5月份投入部分負載時的罰款額為18.9萬，隨著負荷增加，用電量驟升，但功率因數(shù)依然為0.7左右，罰款額將激增；
圖1 功率因數(shù)隨生產(chǎn)工況變化趨勢圖
其次，由于脫鋼整流變、生產(chǎn)整流變、種板整流變?nèi)齻中壓整流變的存在，系統(tǒng)1段10kV母線諧波畸變嚴重；
圖2 總電流畸變率隨生產(chǎn)工況變化趨勢圖
第三，陽極銅生產(chǎn)過程中由于采用多組同時生產(chǎn)，而每組銅生產(chǎn)的周期相互錯開，不斷有某組下銅或提銅過程，造成負載波動巨大；
圖3 陽極銅生產(chǎn)過程有功功率波動趨勢圖
圖4 陽極銅生產(chǎn)過程無功功率波動趨勢圖
最后，頻繁變化的生產(chǎn)工況造成了系統(tǒng)電壓波動明顯，最高電壓波動范圍為5881V-6113V，波動幅值232V，折算至低壓380V側(cè)為8.8V，電壓波動巨大，給系統(tǒng)中其它負荷的穩(wěn)定運行帶來隱患。
圖5 陽極銅生產(chǎn)過程電壓波動分布圖
圖6 陽極銅生產(chǎn)過程電壓波動趨勢圖
2 系統(tǒng)存在的風(fēng)險
根據(jù)以上測試數(shù)據(jù)可以了解到高壓整流變壓器、凈液車間和陽極精煉車間使用的低壓變頻調(diào)速裝置，產(chǎn)生了大量的諧波電流，同時由于大量的風(fēng)機水泵裝置運行于電網(wǎng)中造成系統(tǒng)功率因數(shù)嚴重偏低，而且多組陽極銅生產(chǎn)過程不斷有下銅和提銅的過程，負載變化較大。因此，分析系統(tǒng)存在很大風(fēng)險，具體表現(xiàn)為：
功率因數(shù)嚴重偏低，每月罰款額巨大，造成生產(chǎn)運營成本大量增加；
連續(xù)變化的生產(chǎn)工況，造成電壓波動明顯，波動幅值232V，給系統(tǒng)的用電設(shè)備的正常運行帶來隱患；
高壓側(cè)諧波電流超標，大量諧波電流存在于電網(wǎng)中，對高壓系統(tǒng)的繼電保護裝置造成干擾，造成保護停機影響生產(chǎn)的正常進行；
大量的諧波存在于電網(wǎng)中，對網(wǎng)內(nèi)的電機負荷產(chǎn)生嚴重威脅，電機繞組容易因諧波引起的過電壓造成擊穿，影響生產(chǎn)的正常進行；
諧波產(chǎn)生的集膚效應(yīng)會造成變壓器線圈、母排、斷路器、電纜等電氣元件嚴重發(fā)熱，元器件發(fā)熱會導(dǎo)致火災(zāi)、短路等問題，給系統(tǒng)安全造成極大風(fēng)險；
諧波極易造成保護誤動作，沖擊斷路器的保護限值，造成斷路器莫名跳閘甚至燒毀，一旦發(fā)生，給生產(chǎn)線造成極大損失；
以上情況最終會造成某銅冶煉生產(chǎn)車間不能連續(xù)安全運營；投資不能得到有效回報；產(chǎn)品成本增加及運營成本升高；生產(chǎn)效率降低或產(chǎn)能降低；能耗巨大。所以，銅冶煉生產(chǎn)車間的電能質(zhì)量問題急需治理。
3 方案配置
3.1 無功功率分析
系統(tǒng)電壓10kV，目前功率因數(shù)0.7，電流300A左右，考慮補償后功率因數(shù)為0.95，使用 
計算后無功需求約為3000kvar， 且該生產(chǎn)車間近期總負荷率將上升約13%左右，所以系統(tǒng)的無功補償也需要考慮擴容的情況并留有部分余量，最終無功補償容量需求為3500kvar。
3.2 諧波電流分析
系統(tǒng)電壓10kV，電流300A左右，諧波畸變率最高時為7%，則需要的諧波補償電流為300A×7%=21A，折算至低壓380V側(cè)為552A，考慮到負載增加情況，所以配置兩臺350A有源濾波器并聯(lián)升壓對10kV進行高效諧波消除。
4 治理方案
4.1 高壓無功補償方案
Ⅰ段母線額定電壓10000V，配置有源無功補償器容量為3500KVAR，采用一臺鏈式高壓SVG接入電網(wǎng)，接入點為系統(tǒng)預(yù)留的有源無功補償饋線柜。
4.2 高壓諧波治理方案
、穸文妇額定電壓10000V，配置兩臺350A有源電力濾波器進行諧波補償，兩臺濾波器并聯(lián)后采用一臺升壓變壓器接入系統(tǒng)預(yù)留的濾波饋線柜。配置方案如下：
表1 方案配置表
4.3 高壓有源無功補償器和有源電力濾波器治理接入系統(tǒng)圖
圖7 補償設(shè)備接入系統(tǒng)圖
5 項目治理效果
5.1 功率因數(shù)補償
功率因數(shù)始終保持在0.95左右，每月保證力率獎勵。
圖8 補償后的陽極銅生產(chǎn)過程功率因數(shù)趨勢圖
5.2 諧波畸變補償
10kV電流畸變率有效改善，從諧波補償之前的7%的畸變率下降為3%。
圖9補償前（左）和補償后（右）的陽極銅生產(chǎn)過程諧波畸變率
5.3 設(shè)備現(xiàn)場照片
圖10 設(shè)備現(xiàn)場照片
作者簡介：
梁錄平，出生于1984年6月，畢業(yè)于西安工業(yè)大學(xué)，自動化專業(yè)，現(xiàn)任中達電通股份有限公司機電事業(yè)部節(jié)能應(yīng)用產(chǎn)品處高級應(yīng)用工程師，主要從事工業(yè)現(xiàn)場的電能質(zhì)量問題探索和電能質(zhì)量產(chǎn)品在各種工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用工作。