濟鋼煤氣加壓站無功補償及諧波治理

張 奇，李 勇

（山東省冶金科學研究院，山東 濟南250014）

1 前言

濟鋼煤氣加壓站兩臺煤氣柜（5萬m3、10萬m3各1臺）自投運以來，其配電系統的變壓器二次側存在諧波含量較大、功率因數較低的問題，長期運行會帶來許多危害。諧波會加劇變壓器、電動機、電纜的損耗；同時諧波還會降低導線的載流量，導致電纜過載、發熱、絕緣老化等一系列問題；大量的諧波電流通過變壓器反饋到高壓電網，造成高壓側的電能污染。功率因數偏低，增加了變壓器和有關電氣設備的電能損耗，系統傳輸的有功功率也會降低，增加了電費的支出；功率因數偏低加速了設備的老化，減少了使用壽命。
以電信線所帶變壓器為測試點，通過改善變壓器二次側的電能質量，提高了功率因數，消除了諧波，進而降低了耗電量［1］。

2 現場情況及測試數據分析

濟鋼煤氣加壓站10 kV段的變壓器（S7-1250/10/0.4；阻抗電壓4.46%）低壓側負載主要有4臺160 kW加壓泵和1臺200 kW加壓泵，其中1#、2#、6#、7#泵由軟啟動器啟動，10#泵由ABB公司的變頻器自帶。通過對變壓器低壓側出線進行電能質量測試分析發現，變壓器低壓側負載運行時功率因數很低，電壓波形和電流波形存在失真（見圖1），系統中有大量諧波，從功率因數瞬時電平表中可得，系統功率因數最低時為0.65，平均值為0.79。

3 治理方案

圖1 諧波電流含有率頻譜

經過對實測數據分析，確定采用有源濾波器加動態無功補償器混合使用的方案。有源濾波器消除系統中的諧波，消除了高次諧波對電容器的影響；動態無功補償器可根據負載運行狀況，實現動態跟蹤自動投切，解決了功率因數偏低的問題。采用這種方案，既避免了單獨采用有源濾波器成本過高的問題，又解決了單獨采用動態無功補償器濾波效果不明顯的問題。

根據實測數據，計算諧波電流含量和無功補償容量。負載諧波電流含量平均值由式（1）求得：

式中：IH為負載總諧波電流含量，Ih為h次諧波電流含量。

以目標功率因數0.95為計算標準，無功補償容量根據公式（2）求得：

式中：Q補為需補償的無功功率，P為有功功率，φ1為補償前的功率因數角，φ2為補償后的功率因數角［2］。

根據計算確定采用有源濾波器補償50 A和動態無功補償器補償容量為400 kvar的補償方案。

4 結語

經治理后，變壓器二次側諧波含量降低到1%，功率因數提高到0.96。綜合計算每年可節約電費20萬元左右，此外，電氣設備使用壽命增加也有明顯的間接效益。

［1］ 周志敏，周紀海.無功補償電容器配置、運行、維護［M］.北京：電子工業出版社，2009.

［2］《鋼鐵企業電力設計手冊》編委會.鋼鐵企業電力設計手冊［M］.北京：冶金工業出版社，1996.