淺談合成爐收塵系統供電質量的優化提升

朱 彬，劉 麗，張英健，常培年，孫啟呈

（金川集團公司銅業有限公司，甘肅 金昌 737100）

2014年6月至7月，車間及相關科室組織了電氣人員對銅業有限公司焙燒車間的合成爐收塵系統的6KV/0.4KV進線變壓器、低壓配電室及關鍵設備的啟動柜等，做了全面的監測并對實際運行電流、電壓、功率因數的參數進行了系統分析。

根據測量結果分析得知，各主變負載率均在30%～60%左右，屬于輕載狀態，而一般主變經濟負載率在40%～70%之間，因此可以判斷各主變壓器負載率偏低，偏離運行經濟區的最佳效率點。此外，系統中的風機、水泵根據工藝需求運行負載率變化較大，COSφ指標大部分在0.6--0.7之間，導致系統效率低下，無功損耗增高，這些問題直接導致企業電能使用效率降低，工業生產用電成本增加。

隨著有色金屬的市場經濟體制不斷成熟，國內大多數有色金屬企業面臨市場競爭日益加劇。對此，加強對自身成本管控是最直接的方式，經銅業公司的成本統計，電費已成為緊隨物料成本、人工成本之后的第三最大的成本，因此急需改善電源，解決電能嚴重浪費的現狀。

1 影響電能使用效率降低的原因分析

1.1 車間原配電室配置的電容補償裝置運行不可靠

車間原配電室成套設置了電容補償裝置，但是由于低壓系統中的變頻器和收塵系統整流車產生大量的諧波，干擾了配電系統中的補償裝置，造成補償裝置運行不穩定，時常出現電容爆裂等故障導致供電中斷。此外由于原電容補償裝置運行不穩定，存在較多安全隱患，車間現為保證生產的連續運行，現多將電容補償裝置切除使用。圖1是對現場配電室電容燒毀照片。

圖1 現場燒毀電容器圖片

1.2 負荷分布廣泛，供配電線路長，線路損耗大

合成爐收塵系統設備繁多，線路復雜，合成爐1#、2#主排煙風機電力傳輸距離遠達300米左右，而線路中存在阻抗，負荷電流在變壓器、母線、配電線路中傳輸要產生相應的線路損耗，當輸送距離越遠時線路的損耗越大，如此會導致線損和設備自身熱耗增加，降低了設備的供電能力。

1.3 工業現場感性負荷較多

車間現場用電設備多為異步電動機，而變壓器、異步電動機為感性負荷，感性負載會增加電網中的無功功率，無功功率的增加，造成線路電壓損失增大，電路中無功電流分量增大，總的電流也增大，電壓降：δU=IZ，壓降與電流成正比，線路電壓降增大，需要相應增大線路的截面，造成變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加，相應投資成本也會增大，不僅影響安全用電，而且電能未能得到充分的利用。通過前期的實際測試發現，現場配電室設備用電功率因數不高，均在0.8以下，嚴重時功率因數不足0.6。

1.4 配電系統中用電設備繁多

由于合成爐配電室內電設備繁多，而設備設施會根據生產的需要頻繁啟停，在大型設備啟停瞬間最造成電壓、浪涌電流超標，嚴重影響用電設備的使用壽命，同時威脅到整個配電系統的用電品質，不但增加了電耗，而且影響了電氣設備正常的安全運行。在圖2中，我們可以明顯的觀察到電壓、電流原本標準的正弦波形已經發生畸變，電流波形圖已經嚴重失真。這種供電質量低的電能不但會造成線路上的損耗和設備過熱損耗，而且還會降低用電設備的使用壽命。圖2為實測電壓、電流的正弦波形。

1.5 大量非線性負載（變頻器）的使用

由于近年來現場設備設施的調控越來越精細化，大量非線性負載（變頻器、軟啟動器、開關電源）的使用，導致諧波電流增大，使車間的用電設備經受著電源質量不良所帶來的侵襲，在增大損耗，浪費電能的同時，還嚴重威脅到設備的穩定性與使用壽命。此外大規模集成電路技術廣泛運用于電氣控制系統、自動控制系統、軟啟動控制系統、機器人操作系統、調速控制系統等，這些集成電子元件制作較為精細，但普遍存在著對暫態過電壓、過電流耐受能力較弱的缺點，電網電能品質的惡化不僅會造成電子設備產生誤操作，嚴重時可引起元器件擊穿及電路板燒毀。此外諧波使電容、電感、精密電子元件等，造成絕緣老化、壽命縮短。在圖3中我們可以看到諧波電流與諧波畸變率明顯偏高。如車間合成爐1#、2#主排煙機所使用的大功率變頻器受諧波影響其內部霍爾元件等其他精密元件常發生燒損故障，經統計合成爐排煙機每年因霍爾元件故障造成排煙機跳車多達11次，嚴重影響合成爐的生產。

2 改進電力系統供電質量的措施

2.1 前期調研

通過前期的調研，依照合成爐供配電系統的基本需求，將運行穩定、效果好、低成本、低維護量作為出發點，為合成爐供配電系統提供先進、安全、可靠的系統解決方案。

圖2 實測電壓、電流的正弦波形

圖3 實際測試出諧波電流與諧波畸變率

2.1.1 架構合理

為合成爐供配電系統能安全平穩的運行，所選用的節電器必須經過國家檢驗，并具備良好的擴展需求。

2.1.2 安全穩定

本著安全第一的原則，所有節能產品都自帶旁路保護設置，一旦發生故障，即可調至旁路。同時節電器還具備有完善的保護功能（短路、過流、過載、過壓），最大限度地保證了用電設備的安全運行，并以最優質的功率輸出指令傳達到用電設備。

2.1.3 低成本低維護量

力爭有良好的性能價格比，所采用的產品應是簡單，易操作，易維護，高可靠性的。

2.1.4 系統投入后將達到如下目標

（1）為企業節省10±2%電費開支；

（2）抑制和消除諧波、瞬變、浪涌等電力污染，提升電能品質；

（3）穩定輸出、平衡三相、降低系統電流、提高電能效率；

（4）保護用電設備，降低設備故障率，減少維護（修）費用；

（5）提高用電安全，防止低壓系統意外斷電保護；

（6）增大供電容量，減少擴容投資。

2.2 實施方案及過程

銅業有限公司合成爐收塵低壓配電室由兩臺的2000KVA干式變壓器提供電源，其中變壓器I段所帶負荷主要有：合成爐1#主排煙機、1#電收塵器2#電源、2#電收塵器1#電源、返料破碎1#電源、余熱鍋爐1#進線、合成爐1#負壓風機；變壓器II段所帶負荷有：合成爐2#主排煙機、1#電收塵器1#電源、2#電收塵器2#電源、返料破碎2#電源、余熱鍋爐2#進線、合成爐2#負壓風機。該工程施工范圍為合成爐收塵配電室低壓配電系統：

圖4 合成爐收塵配電室I段

圖5 合成爐收塵配電室II段

（1）在合成爐收塵配電室I段變壓器低壓側母線（柜號：1501容量：2000KVA）安裝3面（800＊1000＊2200）標準柜體，共安裝 SYS、UP-4-0100P、SP-ZF-00-50、TPZF-00-10各1臺、TP-ZF-00-05設備4臺，一共8臺節電設備。（附圖4）

（2）在合成爐收塵配電室II段變壓器低壓側母線（柜號：1514容量：2000KVA）安裝3面（800＊1000＊2200）標準柜體，共安裝 SYS、UP-4-0100P、SP-ZF-00-50、TPZF-00-10各1臺、TP-ZF-00-05設備4臺，一共8臺節電設備。（附圖5）

3 改造后的效果：

3.1 濾除電網中的諧波

工業節電器安裝后，能有效地濾除電網中的諧波，降低諧波對用電設備的影響，能使輸出電源更加穩定，能平衡三相電壓、降低系統電流，提升用電設備的使用效率。

3.2 提高電網的功率因數

工業節電器安裝后，能有效提高合成爐收塵股配電系統的功率因數，降低線路上的熱損耗，延長設備的使用壽命，提高電能的效率，在圖6中我們可以明顯的觀察到電網的功率因數由之前的0.6-0.7改善到0.9以上，有了較高的電能質量提升。

3.3 變頻器及自動化儀表運行穩定

節電設備投用后，一直運行穩定，未出現異常，變頻器及精密元器件的使用環境得到明顯改善，故障率大幅降低能有效降低和減少電氣備件費用，確保車間供電系統的安全可靠運行，為生產設備的長周期穩定運行和降低生產成本，提供有力的保障。

3.4 節電測試率

最終經過4周期的精密測試，根據《金川集團股份有限公司檢測中心》的測試報告，最終的節電率為8.49%。

4 結論

通過上述調查及分析，我們分析出了影響合成爐收塵配電室電能使用效率降低的原因，通過一系列的項目改造，改善了合成爐供配電系統電力系統電能質量，充分提升了電能的利用效率。

經濟效益：通過對現場供電系統的詳細調研和實際用電參數的現場測試整理，從2016年9月30日項目正式投運截止2017年9月30日，共計12個月，1501所用電量為：2922960kwh，1514所用電量為：2704416kwh，共計5627376kwh，按照每度電0.5元，節電率為8.49%計算。節約電費月為：5627376＊0.5＊8.49%=238882.1元。因此，可以明顯的觀察到節電器的技術應用具有非常廣闊的應用前景，經濟效益及社會效益顯著。