镇江太谷20kV中频炉SVG高压补偿方案

一、企业配电情况简介

某特种钢企业主要从事合金钢冶炼、电渣重熔、锻造、铸造、模料制作等项目的生产经营，经过30年的发展，已形成国内外材料回收、冶炼、电渣熔铸、锻造、铸造、模料精加工一条完整的产业链。该企业高压进线为20kV 进线，目前共有5台变压器，分别为1#照明变200kVA，2#变至1#10kV分配电房5000kVA，3#变至2#10kV 分配电房1800kVA，4#特种变1800kVA，5#车间特种变5000kVA，总装机容量13830kVA。主要用电设备有：中频炉、精炼炉、电渣炉及空气锤等。

一次系统图如下：

二、谐波与功率因数分析

根据GB-T 14548-2003《电能质量——公用电网谐波》及GB/T 3485-1998《评价企业合理用电技术导则》要求，及对次特种钢企业电能管理平台数据的分析，发现多处区域或设备的功率因数偏低，同时高压上的谐波电流也超标，就拿20kV 总进线举例，同一天不同时间点的负荷及功率因数好谐波电

流和谐波率对比图如下所示：

查看20kV 总进线历史记录，发现它的谐波电流超标，如下图：

（图示、20kV 总进线电流谐波畸变率曲线图）

通过平台数据分析，运行功率与功率因数数据如下：

运行电流与电流谐波数据如下：

三、补偿与治理方案设计

3.1、设计说明

由于20KV 母线上的中频炉负载运行时产生大量谐波，且功率因数较低，产生每月五万元左右的无功力调费罚款，企业要求进行补偿无功并同时谐波治理，消除企业无功力调费罚款并改善提升配电系统电能质量。

20KV 母线系统参数如下：

公共连接点最小短路容量：200MVA（估）

公共连接点供电设备容量：63MVA（估）

20kV 母线协议用电容量：13.6MVA

20KV 母线监测运行参数摘录如下表：

主要谐波电压与谐波电流含量的监测数据摘录如下表：

近三月月平均功率参数

3.2、集中治理技术方案：

由于12 脉中频炉运行时产生谐波遵循2N±1 的特征原理，因此主要谐波成分为5 次、7 次、11 次和13 次谐波，同时运行时还耗损一定比例的无功功率，遵从经济性设计原则，在20kV 母线上加装一套SVG 高压有源滤波补偿装置来集中治理中频炉和精炼炉产生的谐波并补偿无功功率，可以更好地达到治理目标的要求，具体技术方案设计如下：

3.2.1 无功功率补偿容量设计

依据负荷的运行基本参数，根据如下公式可计算出需要补偿的无功功率。

Q C = P(tan arccosφ1 −tan arccosφ2)

其中：P 为有功功率，cosφ1为补偿前的功率因数，cosφ2为补偿后的月平均功率因数取0.93。

因此根据20kV 母线运行监测参数，负载运行时需要补偿的无功功率分别计算如下：

根据上述不同负载运行状况下需要补偿的无功功率，选择确定20kV 母线合计需要补偿的无功功率：Q_C =3100kVar

3.2.2 无功功率补偿容量方案

选择该安装容量有以下几方面的原因：

(1)考虑滤波电容器的电压以及系统电压需求。

(2)考虑谐波电流引起的谐波电压叠加后的电压。

(3)由于生产线运行方式不同引起的可能过电压。

(4)满足滤除谐波电流的要求，兼顾无功功率补偿。

3.2.3 原理图及运行方案

本项目方案工作原理图如下：

具体运行方案：

（1）SVG 装置需要现场提供接入10kV/20KV 母线的开关柜及与变压器组数相同的、独立的A、B 两相的网侧电流及A、B、C 电压信号。单组变压器的检测位置示意图如图6 所示。

（2）装置并入电网后可24 小时挂网运行。装置会自动跟踪电网功率因数的变化，使电网功率因数维持在0.95-1 的某个设定值。

（3）以网侧电压为目标运行时，根据用户设定的目标值运行。

（4）以功率因数为目标或者以网侧电压为目标的时间段可自由设定。

图6 电流检测位置示意图

（5）需要现场提供单独的220VAC，220VDC 及380VAC 控制电源，SVG 控制电源经过UPS 后给装置供电，因此控制电源短时间停电后，装置仍能正常工作。

四、项目效果与收益

1、通过SVG高压补偿，关口功率因数已明显改善，由之前的每月罚款5万元的力调费用，变为现在每月可得奖励。选取SVG投运前后，电力和电量需求相似的两天，对比曲线和数据如下：

   2、通过合同能源管理的方式，节约了公司的投入，改善了公司的电网设施和运行环境，节约了用电的综合成本。