朱 彬，劉 麗，張英健，常培年，孫啟呈

（金川集團公司銅業(yè)有限公司，甘肅 金昌 737100）

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

根據(jù)測量結(jié)果分析得知，各主變負載率均在30%～60%左右，屬于輕載狀態(tài)，而一般主變經(jīng)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(jīng)濟區(qū)的最佳效率點。此外，系統(tǒng)中的風機、水泵根據(jù)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(tǒng)效率低下，無功損耗增高，這些問題直接導致企業(yè)電能使用效率降低，工業(yè)生產(chǎn)用電成本增加。

隨著有色金屬的市場經(jīng)濟體制不斷成熟，國內(nèi)大多數(shù)有色金屬企業(yè)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(jīng)銅業(yè)公司的成本統(tǒng)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(xiàn)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(shè)置了電容補償裝置，但是由于低壓系統(tǒng)中的變頻器和收塵系統(tǒng)整流車產(chǎn)生大量的諧波，干擾了配電系統(tǒng)中的補償裝置，造成補償裝置運行不穩(wěn)定，時常出現(xiàn)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(wěn)定，存在較多安全隱患，車間現(xiàn)為保證生產(chǎn)的連續(xù)運行，現(xiàn)多將電容補償裝置切除使用。圖1是對現(xiàn)場配電室電容燒毀照片。

圖1 現(xiàn)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(tǒng)設(shè)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(chǎn)生相應(yīng)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(shè)備自身熱耗增加，降低了設(shè)備的供電能力。

1.3 工業(yè)現(xiàn)場感性負荷較多

車間現(xiàn)場用電設(shè)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(wǎng)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(yīng)增大線路的截面，造成變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導線容量增加，相應(yīng)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(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場配電室設(shè)備用電功率因數(shù)不高，均在0.8以下，嚴重時功率因數(shù)不足0.6。

1.4 配電系統(tǒng)中用電設(shè)備繁多

由于合成爐配電室內(nèi)電設(shè)備繁多，而設(shè)備設(shè)施會根據(jù)生產(chǎn)的需要頻繁啟停，在大型設(shè)備啟停瞬間最造成電壓、浪涌電流超標，嚴重影響用電設(shè)備的使用壽命，同時威脅到整個配電系統(tǒng)的用電品質(zhì)，不但增加了電耗，而且影響了電氣設(shè)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(jīng)發(fā)生畸變，電流波形圖已經(jīng)嚴重失真。這種供電質(zhì)量低的電能不但會造成線路上的損耗和設(shè)備過熱損耗，而且還會降低用電設(shè)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(xiàn)場設(shè)備設(shè)施的調(diào)控越來越精細化，大量非線性負載（變頻器、軟啟動器、開關(guān)電源）的使用，導致諧波電流增大，使車間的用電設(shè)備經(jīng)受著電源質(zhì)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(shè)備的穩(wěn)定性與使用壽命。此外大規(guī)模集成電路技術(shù)廣泛運用于電氣控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、軟啟動控制系統(tǒng)、機器人操作系統(tǒng)、調(diào)速控制系統(tǒng)等，這些集成電子元件制作較為精細，但普遍存在著對暫態(tài)過電壓、過電流耐受能力較弱的缺點，電網(wǎng)電能品質(zhì)的惡化不僅會造成電子設(shè)備產(chǎn)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(nèi)部霍爾元件等其他精密元件常發(fā)生燒損故障，經(jīng)統(tǒng)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(chǎn)。

2 改進電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的措施

2.1 前期調(diào)研

通過前期的調(diào)研，依照合成爐供配電系統(tǒng)的基本需求，將運行穩(wěn)定、效果好、低成本、低維護量作為出發(fā)點，為合成爐供配電系統(tǒng)提供先進、安全、可靠的系統(tǒng)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(gòu)合理

為合成爐供配電系統(tǒng)能安全平穩(wěn)的運行，所選用的節(jié)電器必須經(jīng)過國家檢驗，并具備良好的擴展需求。

2.1.2 安全穩(wěn)定

本著安全第一的原則，所有節(jié)能產(chǎn)品都自帶旁路保護設(shè)置，一旦發(fā)生故障，即可調(diào)至旁路。同時節(jié)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(shè)備的安全運行，并以最優(yōu)質(zhì)的功率輸出指令傳達到用電設(shè)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(chǎn)品應(yīng)是簡單，易操作，易維護，高可靠性的。

2.1.4 系統(tǒng)投入后將達到如下目標

（1）為企業(yè)節(jié)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(zhì)；

（3）穩(wěn)定輸出、平衡三相、降低系統(tǒng)電流、提高電能效率；

（4）保護用電設(shè)備，降低設(shè)備故障率，減少維護（修）費用；

（5）提高用電安全，防止低壓系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)：

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(cè)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(shè)備4臺，一共8臺節(jié)電設(shè)備。（附圖4）

（2）在合成爐收塵配電室II段變壓器低壓側(cè)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(shè)備4臺，一共8臺節(jié)電設(shè)備。（附圖5）

3 改造后的效果：

3.1 濾除電網(wǎng)中的諧波

工業(yè)節(jié)電器安裝后，能有效地濾除電網(wǎng)中的諧波，降低諧波對用電設(shè)備的影響，能使輸出電源更加穩(wěn)定，能平衡三相電壓、降低系統(tǒng)電流，提升用電設(shè)備的使用效率。

3.2 提高電網(wǎng)的功率因數(shù)

工業(yè)節(jié)電器安裝后，能有效提高合成爐收塵股配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低線路上的熱損耗，延長設(shè)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(wǎng)的功率因數(shù)由之前的0.6-0.7改善到0.9以上，有了較高的電能質(zhì)量提升。

3.3 變頻器及自動化儀表運行穩(wěn)定

節(jié)電設(shè)備投用后，一直運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常，變頻器及精密元器件的使用環(huán)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(tǒng)的安全可靠運行，為生產(chǎn)設(shè)備的長周期穩(wěn)定運行和降低生產(chǎn)成本，提供有力的保障。

3.4 節(jié)電測試率

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

4 結(jié)論

通過上述調(diào)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(tǒng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，充分提升了電能的利用效率。

經(jīng)濟效益：通過對現(xiàn)場供電系統(tǒng)的詳細調(diào)研和實際用電參數(shù)的現(xiàn)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(jié)電率為8.49%計算。節(jié)約電費月為：5627376＊0.5＊8.49%=238882.1元。因此，可以明顯的觀察到節(jié)電器的技術(shù)應(yīng)用具有非常廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟效益及社會效益顯著。