无功补偿扩容技术在宽厚板热处理线上的研究与应用王鹏

无功补偿扩容技术在宽厚板热处理线上的研究与应用王鹏

王鹏

（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司宽厚板事业部山东莱芜271104）

摘要:本文主要介绍了10kV无功补偿扩容技术在莱钢宽厚板事业部热处理线上的研究与应用，通过对无功补偿装置的改造及测试与应用，解决了因生产线整体负荷量增大而产生的现场设备过载跳电、过热等故障问题，同时也解决了无功补偿装置本身设备元器件的异常老化、损坏等问题，提升了系统用电质量，同时也为生产成本的持续降低奠定了基础。

关键词：无功补偿；谐波；功率因数；电抗器

1现状分析

宽厚板热处理线无功自动补偿装置（DS5-12/2000-5N型）安装在10kV母线上，装置等容分五组，每组400kvar，电容器型号BFM11/√3-134-1W，装置共五台柜体，每组串联1%电抗器限制合闸涌流，电抗器型号CKDC-1.34/10-1。

热处理线现场电气装置以电容性负载、感性负载及开关变流等设备居多，整套电力系统存在大量谐波分量，设备在运行过程中存在过载跳电、过热等问题，甚至出现绝缘击穿、绕组烧毁等故障现象，无功补偿装置系统在运行过程中也存在异常状态的老化、损坏、电容漏液、电感烧毁等情况，对保证电力系统功率因数、提升系统用电质量、维持设备运行的稳定性及成本的降低都产生了较大的影响。

2原因分析

在电力电网中，存在大量非线性负载,引起电网电流波形不再是正弦波。这一非正弦波可用傅里叶级数分解成为一个直流量，基波正弦量和一系列频率为基波频率整数倍的高次谐波正弦分量之和。对目前三相交流发电机组发出的电压而言，认为基波为正弦波，即波形中基本无直流量和高次谐波分量。但生产线电力系统中中存在着各式各样的谐波源，产生高次谐波并对用电设备产生了影响，使用电能质量分析仪测定，发现本系统11次、13次谐波分量较大（见附表二），严重超出国家标准GB/T14549-1993的上限标准，随着热处理线产能的不断提升，无功补偿装置原设计补偿回路的器件参数已不能完全适应整个电力系统，谐波在此已得不到有效抑制。

提高到0.95时所需电容补偿量为0.421kvar，补偿量将增加近1/3，考虑到电容备件需进行扩容更换、增加投资，暂定将功率因数目标设定为0.92。

针对本系统11次、13次谐波分量较大的问题，必须将现有电抗率为1%单相电抗器更换为电抗率为6%的电抗器，来抑制合闸涌流及抑制系统5次以上高次谐波，以保护补偿回路器件安全，同时更换相应的补偿回路器件，以达到整套补偿装置稳定运行的目的，保证设备的运行安全。

3.2实施方案

3.21改造内容

（1）为降低改造成本，经过改造方案的论证与研讨，决定在不改变原设计规格的基础上，首先保证原有柜体不变，将原有型号为CKDC-1.34/10-1，电抗率为1%的15只单相电抗器全部更换为型号CKSC-24/10-6，电抗率为6%的5只三相电抗器，安装方式在现有基础上进行局部的改动，以保证柜体框架整体的载重分配；

（2）对当前在线使用的专用真空开关进行装置升级，主要是解决其内部合闸继电器易损坏问题，同时为保证系统的运行稳定性需要；

（3）原一次电缆在长期使用过程中有老化、腐蚀的现象，内部设备进行相应升级改造之后对一次电缆全部更换以适应电抗器的使用需要；

（4）重新优化调整无功补偿系统内部参数，最大限度的适应现场设备供电需要，同时保证系统本身运行稳定性的需要。

3.2.2空间布局位置尺寸

根据目前设备布置情况，尽量在原有位置进行改造，减少管路改动投资。更换改造后装置内部器件布局示意图如下：

4实施效果分析

4.1效果验证：

4.1.1应用效果

（1）通过无功补偿扩容改造项目的实施，降低了热处理生产线电力系统中的无功功率，有效抑制了高次谐波的产生，降低因线路电流增大而引起的线路损耗、电力设备损坏等问题。

（2）提高了电力系统功率因数及系统的用电质量，避免因电网电压突变而引起的设备异常老化，延长设备的使用寿命。

（3）解决了无功补偿装置因容量不匹配而相继产生了电容器漏液、真空开关失效、电抗器烧损等故障问题，降低了设备维护成本。

4.1.2效益测算：

4.1.2.1直接效益：

改造项目完结后，功率因数提高到0.95以上，完成预定指标。经过系统参数的优化，进一步提高功率因数至0.97以上，并保持了稳定运行。3个月累计完成效益9.73万元。

4.1.2.2间接效益：

（1）虽然无功功率不消耗电能，但要供给固定的有功功率时，无功功率越大，视在功率也越大，供电线路和变压器的容量也就越大，势必要提高电流而增加线路损耗,因此，设备改造后则会大大降低此部分的损耗。

（2）在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，若功率因数低,电网的电压下降,带负载的电动机电流增大，使绕组温升，加速绝缘老化。因此，设备改造后亦可延长现场用电设备的使用寿命。

5结束语

该项目通过对无功补偿扩容技术在生产线上实用性的研究，使得系统装置逐步趋于稳定、高效性的运行，使用效果良好，创新性的解决了设备在运行过程中存在过载跳电、过热、损坏等问题，同时也降低了系统本身与现场负荷不匹配的问题，具有较大的经济效益，同时具有一定的推广应用价值。

参考文献

[1]王兆安，杨军，刘进军，王跃编著.谐波抑制和无功功率补偿.北京：机械工业出版社

[2]张保会，尹项根编著.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社

[3]朱生石编著.高压电网继电保护原理与技术.北京:中国电力出版社