某冷軋廠電能質量測試與分析

摘 要：通過對某新建冷軋項目電能質量測量分析，取得該生產線的電能質量數據，為設備調試和事故分析提供依據。

關鍵詞：冷軋線；電能質量；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、卷取等生產工藝流程組成，配套新建一座110kV變電站，為冷軋各生產線及能源公輔設施供電，10kV系統主接線示意圖見圖1。

冷軋線在調試過程中出現以下電能質量問題：

（1）吊車控制模塊，PLC輸入輸出模塊頻繁燒壞，損失嚴重；

（2）部分區域空調不能正常工作；

（3）連退線檢測出電壓畸變過大，影響正常調試；

（4）濾波器投運后異響很大，發熱嚴重。

應業主要求，作者所在單位組織測試人員于2015年7月對冷軋各生產線電能質量進行了測量：測試儀器采用Fluke 1760 電力質量記錄儀，數據分析軟件采用Fluke PQ Analyze 報表軟件，監測點選擇在各開關站10kV母線進線柜。

2 測量數據分析

2.1 酸洗開關站測試數據分析

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酸洗開關站進行電能質量測試。該站的主要負荷除酸洗主傳動和輔傳動系統外，還包括酸洗、軋機區域的吊車、照明等負荷。

由圖2～圖3可以看出，在酸洗站單獨調試階段（14：00～15：40），該站傳動系統用變頻器全部開啟，產生諧波電流，導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論：

（1）酸洗和軋機傳動系統的變頻器驅動裝置，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，導致電壓畸變較高；

（3）酸洗站和軋機站變頻器運行時，系統10kV母線電壓畸變率嚴重超標。

2.2 軋機開關站測試數據分析

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

通過對比調整前（圖4）和調整后的諧波電流頻譜（圖5）可以發現，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，通過調整變頻系統控制系統，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母線上濾波器產生異響和溫升過高的原因，我們繼續對濾波器投運前后的10kV母線電能質量進行檢測，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10kV母線電壓畸變率也逐步降低至1.8%左右，達到國標要求小于4%的要求，此時監測濾波器各支路的運行狀態，發現電流和溫升都在正常范圍之內，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，發現一個奇怪的現象，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各支路的諧波電流經由軋機進線柜匯入濾波器，導致進線處諧波電流和總電流均有不同程度增加。

3 結論

通過對各種工況測量數據的對比分析，可以得出以下結論：

（1）10kV系統諧波電流過大，電壓畸變超標是導致調試期間出現各種電氣設備控制模塊損壞的主要原因；

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

（3）酸洗和軋機生產線的變頻傳動設備是主要的諧波源；

（4）設備廠家通過對控制系統的調試，能夠有效減小諧波發生量；

（5）濾波設備在正常工況下能夠起到比較好的濾除諧波、改善電能質量的作用。

4 總結

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

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：電能質量分析與治理。