浅谈合成炉收尘系统供电质量的优化提升

朱 彬，刘 丽，张英健，常培年，孙启呈

（金川集团公司铜业有限公司，甘肃 金昌 737100）

2014年6月至7月，车间及相关科室组织了电气人员对铜业有限公司焙烧车间的合成炉收尘系统的6KV/0.4KV进线变压器、低压配电室及关键设备的启动柜等，做了全面的监测并对实际运行电流、电压、功率因数的参数进行了系统分析。

根据测量结果分析得知，各主变负载率均在30%～60%左右，属于轻载状态，而一般主变经济负载率在40%～70%之间，因此可以判断各主变压器负载率偏低，偏离运行经济区的最佳效率点。此外，系统中的风机、水泵根据工艺需求运行负载率变化较大，COSφ指标大部分在0.6--0.7之间，导致系统效率低下，无功损耗增高，这些问题直接导致企业电能使用效率降低，工业生产用电成本增加。

随着有色金属的市场经济体制不断成熟，国内大多数有色金属企业面临市场竞争日益加剧。对此，加强对自身成本管控是最直接的方式，经铜业公司的成本统计，电费已成为紧随物料成本、人工成本之后的第三最大的成本，因此急需改善电源，解决电能严重浪费的现状。

1 影响电能使用效率降低的原因分析

1.1 车间原配电室配置的电容补偿装置运行不可靠

车间原配电室成套设置了电容补偿装置，但是由于低压系统中的变频器和收尘系统整流车产生大量的谐波，干扰了配电系统中的补偿装置，造成补偿装置运行不稳定，时常出现电容爆裂等故障导致供电中断。此外由于原电容补偿装置运行不稳定，存在较多安全隐患，车间现为保证生产的连续运行，现多将电容补偿装置切除使用。图1是对现场配电室电容烧毁照片。

图1 现场烧毁电容器图片

1.2 负荷分布广泛，供配电线路长，线路损耗大

合成炉收尘系统设备繁多，线路复杂，合成炉1#、2#主排烟风机电力传输距离远达300米左右，而线路中存在阻抗，负荷电流在变压器、母线、配电线路中传输要产生相应的线路损耗，当输送距离越远时线路的损耗越大，如此会导致线损和设备自身热耗增加，降低了设备的供电能力。

1.3 工业现场感性负荷较多

车间现场用电设备多为异步电动机，而变压器、异步电动机为感性负荷，感性负载会增加电网中的无功功率，无功功率的增加，造成线路电压损失增大，电路中无功电流分量增大，总的电流也增大，电压降：δU=IZ，压降与电流成正比，线路电压降增大，需要相应增大线路的截面，造成变压器及其他电气设备容量和导线容量增加，相应投资成本也会增大，不仅影响安全用电，而且电能未能得到充分的利用。通过前期的实际测试发现，现场配电室设备用电功率因数不高，均在0.8以下，严重时功率因数不足0.6。

1.4 配电系统中用电设备繁多

由于合成炉配电室内电设备繁多，而设备设施会根据生产的需要频繁启停，在大型设备启停瞬间最造成电压、浪涌电流超标，严重影响用电设备的使用寿命，同时威胁到整个配电系统的用电品质，不但增加了电耗，而且影响了电气设备正常的安全运行。在图2中，我们可以明显的观察到电压、电流原本标准的正弦波形已经发生畸变，电流波形图已经严重失真。这种供电质量低的电能不但会造成线路上的损耗和设备过热损耗，而且还会降低用电设备的使用寿命。图2为实测电压、电流的正弦波形。

1.5 大量非线性负载（变频器）的使用

由于近年来现场设备设施的调控越来越精细化，大量非线性负载（变频器、软启动器、开关电源）的使用，导致谐波电流增大，使车间的用电设备经受着电源质量不良所带来的侵袭，在增大损耗，浪费电能的同时，还严重威胁到设备的稳定性与使用寿命。此外大规模集成电路技术广泛运用于电气控制系统、自动控制系统、软启动控制系统、机器人操作系统、调速控制系统等，这些集成电子元件制作较为精细，但普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，电网电能品质的恶化不仅会造成电子设备产生误操作，严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁。此外谐波使电容、电感、精密电子元件等，造成绝缘老化、寿命缩短。在图3中我们可以看到谐波电流与谐波畸变率明显偏高。如车间合成炉1#、2#主排烟机所使用的大功率变频器受谐波影响其内部霍尔元件等其他精密元件常发生烧损故障，经统计合成炉排烟机每年因霍尔元件故障造成排烟机跳车多达11次，严重影响合成炉的生产。

2 改进电力系统供电质量的措施

2.1 前期调研

通过前期的调研，依照合成炉供配电系统的基本需求，将运行稳定、效果好、低成本、低维护量作为出发点，为合成炉供配电系统提供先进、安全、可靠的系统解决方案。

图2 实测电压、电流的正弦波形

图3 实际测试出谐波电流与谐波畸变率

2.1.1 架构合理

为合成炉供配电系统能安全平稳的运行，所选用的节电器必须经过国家检验，并具备良好的扩展需求。

2.1.2 安全稳定

本着安全第一的原则，所有节能产品都自带旁路保护设置，一旦发生故障，即可调至旁路。同时节电器还具备有完善的保护功能（短路、过流、过载、过压），最大限度地保证了用电设备的安全运行，并以最优质的功率输出指令传达到用电设备。

2.1.3 低成本低维护量

力争有良好的性能价格比，所采用的产品应是简单，易操作，易维护，高可靠性的。

2.1.4 系统投入后将达到如下目标

（1）为企业节省10±2%电费开支；

（2）抑制和消除谐波、瞬变、浪涌等电力污染，提升电能品质；

（3）稳定输出、平衡三相、降低系统电流、提高电能效率；

（4）保护用电设备，降低设备故障率，减少维护（修）费用；

（5）提高用电安全，防止低压系统意外断电保护；

（6）增大供电容量，减少扩容投资。

2.2 实施方案及过程

铜业有限公司合成炉收尘低压配电室由两台的2000KVA干式变压器提供电源，其中变压器I段所带负荷主要有：合成炉1#主排烟机、1#电收尘器2#电源、2#电收尘器1#电源、返料破碎1#电源、余热锅炉1#进线、合成炉1#负压风机；变压器II段所带负荷有：合成炉2#主排烟机、1#电收尘器1#电源、2#电收尘器2#电源、返料破碎2#电源、余热锅炉2#进线、合成炉2#负压风机。该工程施工范围为合成炉收尘配电室低压配电系统：

图4 合成炉收尘配电室I段

图5 合成炉收尘配电室II段

（1）在合成炉收尘配电室I段变压器低压侧母线（柜号：1501容量：2000KVA）安装3面（800＊1000＊2200）标准柜体，共安装 SYS、UP-4-0100P、SP-ZF-00-50、TPZF-00-10各1台、TP-ZF-00-05设备4台，一共8台节电设备。（附图4）

（2）在合成炉收尘配电室II段变压器低压侧母线（柜号：1514容量：2000KVA）安装3面（800＊1000＊2200）标准柜体，共安装 SYS、UP-4-0100P、SP-ZF-00-50、TPZF-00-10各1台、TP-ZF-00-05设备4台，一共8台节电设备。（附图5）

3 改造后的效果：

3.1 滤除电网中的谐波

工业节电器安装后，能有效地滤除电网中的谐波，降低谐波对用电设备的影响，能使输出电源更加稳定，能平衡三相电压、降低系统电流，提升用电设备的使用效率。

3.2 提高电网的功率因数

工业节电器安装后，能有效提高合成炉收尘股配电系统的功率因数，降低线路上的热损耗，延长设备的使用寿命，提高电能的效率，在图6中我们可以明显的观察到电网的功率因数由之前的0.6-0.7改善到0.9以上，有了较高的电能质量提升。

3.3 变频器及自动化仪表运行稳定

节电设备投用后，一直运行稳定，未出现异常，变频器及精密元器件的使用环境得到明显改善，故障率大幅降低能有效降低和减少电气备件费用，确保车间供电系统的安全可靠运行，为生产设备的长周期稳定运行和降低生产成本，提供有力的保障。

3.4 节电测试率

最终经过4周期的精密测试，根据《金川集团股份有限公司检测中心》的测试报告，最终的节电率为8.49%。

4 结论

通过上述调查及分析，我们分析出了影响合成炉收尘配电室电能使用效率降低的原因，通过一系列的项目改造，改善了合成炉供配电系统电力系统电能质量，充分提升了电能的利用效率。

经济效益：通过对现场供电系统的详细调研和实际用电参数的现场测试整理，从2016年9月30日项目正式投运截止2017年9月30日，共计12个月，1501所用电量为：2922960kwh，1514所用电量为：2704416kwh，共计5627376kwh，按照每度电0.5元，节电率为8.49%计算。节约电费月为：5627376＊0.5＊8.49%=238882.1元。因此，可以明显的观察到节电器的技术应用具有非常广阔的应用前景，经济效益及社会效益显著。