某工廠諧波治理節(jié)能潛力分析

張健榕

摘 要：通過對某工廠進(jìn)行節(jié)能診斷和測試數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該工廠T3專變存在諧波現(xiàn)象，對諧波危害進(jìn)行說明，并提出諧波治理解決方案，以及進(jìn)行諧波治理的改造效益分析，改善用戶電能質(zhì)量，提升電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性，達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

關(guān)鍵詞：諧波治理;諧波危害;效益分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.193

0 引言

在國家大力推進(jìn)節(jié)能降耗、保衛(wèi)藍(lán)天的戰(zhàn)略背景下，從對某工廠生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行全面調(diào)查、資料收集、能效監(jiān)測和現(xiàn)場測試著手，重點(diǎn)針對供配電系統(tǒng)等生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行綜合分析，查找問題及漏洞，挖掘工廠的節(jié)能潛力，進(jìn)行切實(shí)可行的節(jié)能潛力分析，降低能源消費(fèi)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)順利完成節(jié)能減排任務(wù)，從而提升企業(yè)市場競爭力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

1 現(xiàn)場基本情況

某工廠屬于電子產(chǎn)品制造行業(yè)，根據(jù)行業(yè)特性及其配電情況，對C2配電房的T3專變低壓側(cè)進(jìn)行電能質(zhì)量測試和節(jié)能診斷。

由測試數(shù)據(jù)分析，對于諧波，T3專變諧波均超出《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波（GB/T14549-93）》允許范圍內(nèi)，需對其進(jìn)行諧波治理。T3專變諧波測試數(shù)據(jù)見表1、表2。

2 諧波危害

高含量的諧波電流和畸變電壓，將引起變壓器鐵損、變壓器銅損、傳輸線路損耗、電容器損耗及其它雜散損耗增大，當(dāng)中的變壓器鐵損最大，主要緣由是變壓器鐵芯損耗與頻率息息相關(guān)?；〒p耗時(shí)，市電頻率為50Hz，也就是電磁場在鐵芯中每秒交變50次，而工廠的配電系統(tǒng)中受低次諧波污染為主，電網(wǎng)中5次諧波，其頻率為250Hz，也就是電磁場在鐵芯中每秒交變250次，其鐵芯損耗大幅度增加，如果電網(wǎng)中含有頻次更高的諧波，其損耗將會更大。當(dāng)繞組導(dǎo)線施加畸變電流時(shí)，發(fā)生第一次集膚效應(yīng);繞組磁化變壓器鐵芯后，產(chǎn)生了畸變磁場，又施加在繞組上，在繞組導(dǎo)線上發(fā)生第二次集膚效應(yīng)，因此變壓器銅損鐵損都會相應(yīng)增加。

諧波附加損耗以基波損耗成倍數(shù)增加，當(dāng)變壓器受諧波的長期影響，附加損耗以振動、發(fā)熱形式出現(xiàn)，甚至?xí)龤?。在電力系統(tǒng)中，諧波電流會造成在線路上的有功功率損失，這也是電網(wǎng)線損的組成部分。從現(xiàn)場節(jié)能測算數(shù)據(jù)分析可見，諧波電流較大時(shí)，諧波頻率也較高，在導(dǎo)線中的集膚效應(yīng)促使諧波電阻大于基波電阻，也造成諧波引起的附加線損增大;同時(shí)諧波和間諧波的集膚效應(yīng)使輸電線等效截面積變小，線路損耗增加。

3 解決方案

通過對T3專變低壓側(cè)監(jiān)測的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析，得知該變壓器中低次諧波電流存在超標(biāo)情況，本方案采用的諧波治理裝置對超標(biāo)諧波進(jìn)行濾除，本著就地治理的原則，將本次諧波治理點(diǎn)設(shè)在變壓器低壓側(cè)。

采用有源電力濾波裝置APF，主要基于高速數(shù)字信號處理器的數(shù)字信號處理技術(shù)制成的電力諧波治理專用設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償和諧波濾除，諧波治理結(jié)構(gòu)框圖見下圖：

4 改造效益分析

諧波電流實(shí)質(zhì)上是不做功，會造成電網(wǎng)的線損增加。因?yàn)閷?dǎo)線產(chǎn)生的集膚效應(yīng)，同樣大小的諧波電流導(dǎo)致的電網(wǎng)線損遠(yuǎn)比基波無功電流引起的線損大，下面按補(bǔ)償無功功率的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算分析濾波帶來的節(jié)能效果。衡量無功功率補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益的指標(biāo)為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的定義：每補(bǔ)償1kVar無功功率在整個(gè)電力系統(tǒng)中節(jié)約的有功功率損耗。

其中，Q為原有無功功率， QC為補(bǔ)償裝置容量，△PC補(bǔ)償裝置本身損耗。k為無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值，這里根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)，無功功率的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量k取0.08。

T3變壓器諧波電流421A，造成的損耗等效的無功電流可能達(dá)到諧波電流3倍以上，此處以1263A計(jì)算。

補(bǔ)償容量：

可減少的電網(wǎng)損耗為：

通過安裝1套額定電流為500A的有源濾波裝置（自身功耗4kW左右）后，可每年節(jié)約電量為（按照年平均運(yùn)行時(shí)間7200小時(shí)計(jì)算）。

年節(jié)電量：

年節(jié)電金額：=×電價(jià)=50.11×0.7=35.077萬元（電價(jià)按0.7元/kWh計(jì)算），實(shí)施改造效益簡表見表3：

5 結(jié)束語

除了上述節(jié)能效益，其他效益主要有：改善用電質(zhì)量、增容降損、增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行可靠性和提高生產(chǎn)效率。所以，積極實(shí)施諧波治理，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

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