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1 項目背景及現狀
某冶煉廠為國際知名銅冶煉企業，位於廣東省某市的分廠以再生銅冶煉為主，由於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，且各生產車間有大量的變頻器和風機、水泵的使用，造成I段10kV母線諧波含量超標、功率因數嚴重偏低，經測試，得到測試數據，分析如下：
首先，功率因數為0.7的嚴重偏低值，每個月的罰款金額極大，據悉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，但功率因數依然為0.7左右，罰款額將激增；
圖1 功率因數隨生產工況變化趨勢圖
其次，由於脫鋼整流變、生產整流變、種板整流變三個中壓整流變的存在，係統1段10kV母線諧波畸變嚴重；
圖2 總電流畸變率隨生產工況變化趨勢圖
第三，陽極銅生產過程中由於采用多組同時生產，而每組銅生產的周期相互錯開，不斷有某組下銅或提銅過程，造成負載波動巨大；
圖3 陽極銅生產過程有功功率波動趨勢圖
圖4 陽極銅生產過程無功功率波動趨勢圖
最後，頻繁變化的生產工況造成了係統電壓波動明顯，最高電壓波動範圍為5881V-6113V，波動幅值232V，折算至低壓380V側為8.8V，電壓波動巨大，給係統中其它負荷的穩定運行帶來隱患。
圖5 陽極銅生產過程電壓波動分布圖
圖6 陽極銅生產過程電壓波動趨勢圖
2 係統存在的風險
根據以上測試數據可以了解到高壓整流變壓器、jingyechejianheyangjijinglianchejianshiyongdediyabianpintiaosuzhuangzhi，chanshengledaliangdexiebodianliu，tongshiyouyudaliangdefengjishuibengzhuangzhiyunxingyudianwangzhongzaochengxitonggonglvyinshuyanzhongpiandi，erqieduozuyangjitongshengchanguochengbuduanyouxiatonghetitongdeguocheng，fuzaibianhuajiaoda。yinci，fenxixitongcunzaihendafengxian，jutibiaoxianwei：
功率因數嚴重偏低，每月罰款額巨大，造成生產運營成本大量增加；
連續變化的生產工況，造成電壓波動明顯，波動幅值232V，給係統的用電設備的正常運行帶來隱患；
高壓側諧波電流超標，大量諧波電流存在於電網中，對高壓係統的繼電保護裝置造成幹擾，造成保護停機影響生產的正常進行；
大量的諧波存在於電網中，對網內的電機負荷產生嚴重威脅，電機繞組容易因諧波引起的過電壓造成擊穿，影響生產的正常進行；
諧波產生的集膚效應會造成變壓器線圈、母排、斷路器、電纜等電氣元件嚴重發熱，元器件發熱會導致火災、短路等問題，給係統安全造成極大風險；
諧波極易造成保護誤動作，衝擊斷路器的保護限值，造成斷路器莫名跳閘甚至燒毀，一旦發生，給生產線造成極大損失；
以上情況最終會造成某銅冶煉生產車間不能連續安全運營；投資不能得到有效回報；產品成本增加及運營成本升高；生產效率降低或產能降低；能耗巨大。所以，銅冶煉生產車間的電能質量問題急需治理。
3 方案配置
3.1 無功功率分析
係統電壓10kV，目前功率因數0.7，電流300A左右，考慮補償後功率因數為0.95，使用 計算後無功需求約為3000kvar，且該生產車間近期總負荷率將上升約13%左右，所以係統的無功補償也需要考慮擴容的情況並留有部分餘量，最終無功補償容量需求為3500kvar。
3.2 諧波電流分析
係統電壓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側為552A，考慮到負載增加情況，所以配置兩台350A有源濾波器並聯升壓對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，采用一台鏈式高壓SVG接入電網，接入點為係統預留的有源無功補償饋線櫃。
4.2 高壓諧波治理方案
Ⅰ段母線額定電壓10000V，配置兩台350A有源電力濾波器進行諧波補償，兩台濾波器並聯後采用一台升壓變壓器接入係統預留的濾波饋線櫃。配置方案如下：
表1 方案配置表
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安裝位置
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型號
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產品類型
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櫃體尺寸（W×D×H）mm
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數量
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備注
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有源無功補償饋線櫃
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SVG3500A1003A-31
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3500KVAR SVG
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1
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濾波饋線櫃
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10kV/0.4kV
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專用升壓變壓器
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1
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APF350A43A-31
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350A APF
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630×635×2130
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2
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4.3 高壓有源無功補償器和有源電力濾波器治理接入係統圖
圖7 補償設備接入係統圖
5 項目治理效果
5.1功率因數補償
功率因數始終保持在0.95左右，每月保證力率獎勵。
圖8 補償後的陽極銅生產過程功率因數趨勢圖
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）和補償後（右）的陽極銅生產過程諧波畸變率
5.3設備現場照片
圖10 設備現場照片
作者簡介：
梁錄平，出生於1984年6yue，biyeyuxiangongyedaxue，zidonghuazhuanye，xianrenzhongdadiantonggufenyouxiangongsijidianshiyebujienengyingyongchanpinchugaojiyingyonggongchengshi，zhuyaocongshigongyexianchangdediannengzhiliangwentitansuohediannengzhiliangchanpinzaigezhonggongyexianchangdeyingyonggongzuo。
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