某冷軋廠電能質(zhì)量測試與分析

摘 要：通過對某新建冷軋項目電能質(zhì)量測量分析，取得該生產(chǎn)線的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，為設(shè)備調(diào)試和事故分析提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：冷軋線；電能質(zhì)量；諧波；濾波器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.145

1 工程概況及電能質(zhì)量問題

廣西某冷軋廠新建冷軋線由酸洗、軋機、連退、鍍鋅、卷取等生產(chǎn)工藝流程組成，配套新建一座110kV變電站，為冷軋各生產(chǎn)線及能源公輔設(shè)施供電，10kV系統(tǒng)主接線示意圖見圖1。

冷軋線在調(diào)試過程中出現(xiàn)以下電能質(zhì)量問題：

（1）吊車控制模塊，PLC輸入輸出模塊頻繁燒壞，損失嚴(yán)重；

（2）部分區(qū)域空調(diào)不能正常工作；

（3）連退線檢測出電壓畸變過大，影響正常調(diào)試；

（4）濾波器投運后異響很大，發(fā)熱嚴(yán)重。

應(yīng)業(yè)主要求，作者所在單位組織測試人員于2015年7月對冷軋各生產(chǎn)線電能質(zhì)量進行了測量：測試儀器采用Fluke 1760 電力質(zhì)量記錄儀，數(shù)據(jù)分析軟件采用Fluke PQ Analyze 報表軟件，監(jiān)測點選擇在各開關(guān)站10kV母線進線柜。

2 測量數(shù)據(jù)分析

2.1 酸洗開關(guān)站測試數(shù)據(jù)分析

由于受損較多的吊車主要由酸洗站動力變壓器供電，最先對10kV酸洗開關(guān)站進行電能質(zhì)量測試。該站的主要負(fù)荷除酸洗主傳動和輔傳動系統(tǒng)外，還包括酸洗、軋機區(qū)域的吊車、照明等負(fù)荷。

由圖2～圖3可以看出，在酸洗站單獨調(diào)試階段（14：00～15：40），該站傳動系統(tǒng)用變頻器全部開啟，產(chǎn)生諧波電流，導(dǎo)致母線電壓畸變率達到9%～10%。從15：40開始，軋機站整流變和變頻器陸續(xù)啟動，引起電壓畸變增大，最大時接近19%，由此可以得出以下結(jié)論：

（1）酸洗和軋機傳動系統(tǒng)的變頻器驅(qū)動裝置，是主要的諧波源；

（2）酸洗站各次諧波電流本身并不大，但是高次諧波含量較多，導(dǎo)致電壓畸變較高；

（3）酸洗站和軋機站變頻器運行時，系統(tǒng)10kV母線電壓畸變率嚴(yán)重超標(biāo)。

2.2 軋機開關(guān)站測試數(shù)據(jù)分析

軋機站主要為軋機的主傳動和輔傳動系統(tǒng)供電，站內(nèi)變頻裝置的容量和數(shù)量都比酸洗站大很多。23日的測試分為兩個階段，變頻設(shè)備控制系統(tǒng)調(diào)整前（09：30～14：19）和調(diào)整后（14：40～16：30）。

通過對比調(diào)整前（圖4）和調(diào)整后的諧波電流頻譜（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，11th、13th、17th、19th等高次諧波電流大幅減少，特別是17th諧波電流由125A降至40A；5th、7th等低次諧波電流有一定幅度的增加，但是絕對值都不大。

從電壓畸變率（圖6）的變化更是能直觀的看出，通過調(diào)整變頻系統(tǒng)控制系統(tǒng)，使諧波互相抵消而減少，母線電壓畸變率也大幅降低，從最高的17%降至約4.7%。

2.3 濾波器效果分析

為了找出變電站10kV母線上濾波器產(chǎn)生異響和溫升過高的原因，我們繼續(xù)對濾波器投運前后的10kV母線電能質(zhì)量進行檢測，測量點依然選擇軋機站10kV進線柜。

由圖7可以看出，在從11：32開始，隨著濾波器的逐次投入系統(tǒng)10kV母線電壓畸變率也逐步降低至1.8%左右，達到國標(biāo)要求小于4%的要求，此時監(jiān)測濾波器各支路的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電流和溫升都在正常范圍之內(nèi)，異響消除。

對比濾波器投運前和投運后軋機站進線柜的諧波電流頻譜，發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，雖然電壓畸變率大幅降低，但是在濾波器投運后流過軋機進線柜的諧波電流有不同比例的增大，總電流有效值也有一定程度的增加（見圖7～9）。筆者推測由于濾波器裝設(shè)在上級變電站的10kV母線上，隨著濾波器的投入，為各次諧波提供了一個低阻抗通道，原來分散于軋機站內(nèi)各支路的諧波電流經(jīng)由軋機進線柜匯入濾波器，導(dǎo)致進線處諧波電流和總電流均有不同程度增加。

3 結(jié)論

通過對各種工況測量數(shù)據(jù)的對比分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）10kV系統(tǒng)諧波電流過大，電壓畸變超標(biāo)是導(dǎo)致調(diào)試期間出現(xiàn)各種電氣設(shè)備控制模塊損壞的主要原因；

（2）調(diào)試過程中產(chǎn)生的高次諧波電流過大，超過設(shè)備廠家前期提供的理論計算值，導(dǎo)致濾波器過載，產(chǎn)生異響并且溫升過高；

（3）酸洗和軋機生產(chǎn)線的變頻傳動設(shè)備是主要的諧波源；

（4）設(shè)備廠家通過對控制系統(tǒng)的調(diào)試，能夠有效減小諧波發(fā)生量；

（5）濾波設(shè)備在正常工況下能夠起到比較好的濾除諧波、改善電能質(zhì)量的作用。

4 總結(jié)

本文通過對某鋼廠新建冷軋線的電能質(zhì)量進行測試、分析，以客觀、詳實的數(shù)據(jù)為依據(jù)，幫助客戶解決了調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種電能質(zhì)量問題，避免了更大的經(jīng)濟損失；同時也為類似項目的調(diào)試和電能質(zhì)量治理提供參考，具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]王兆安，楊君，劉進軍，王躍.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：李昊（1983-），男，河南漯河人，碩士，高級工程師，主要從事：電能質(zhì)量分析與治理。