某蓄电池生产企业治理谐波项目实例

钱存东

（扬州市节能技术服务中心，江苏 扬州 225009）

随着我国经济又好又快不断发展，铅酸蓄电池已成为社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品，尤其是交通运输业的高速发展，也带来了铅酸蓄电池产业的高速发展。由可控硅构成的三相桥式整流装置作为蓄电池生产过程中的充电设备被大量采用，但它们对电网而言是一种大功率电力电子非线性负载，谐波污染严重，对电网的危害较大。消除谐波危害已成为蓄电池生产企业的当务之急。

扬州阿波罗蓄电池有限公司（以下简称“公司”）主要生产汽车和船舶两大类启动用铅酸蓄电池，具有40年的专业生产经验。公司受电总容量8 865 kVA，其中有5号箱变、6号箱变和化成变3台变压器专门为铅酸蓄电池充电使用，总容量为4 500 kVA。2010年消耗电量2 669万kWh，其中50%以上电量用于铅酸蓄电池充电。2009年、2010年公司分别对5号箱变、6号箱变进行了谐波治理。治理后，电流谐波总含有率低于5%，电压谐波总含有率低于4%，功率因数达0.90以上，节电率达6%以上。

1 配电系统改造前测试数据

1.1 功率因数测量

表1为变压器运行功率因数汇总表。

表1 变压器运行功率因数汇总表

从表1可以看出：10 kV侧的功率因数只有0.855,低于0.90的国家标准,而5号箱变、6号箱变和化成变的功率因数分别为0.678、0.705和0.700。

1.2 谐波测量

5号箱变和6号箱变的负载均为整流设备,从而造成电压、电流产生畸变,特别是5次谐波电压、电流含量较大,导致无功补偿设备无法运行。表2、表3分别为谐波电流、电压测试数据汇总。

表2 谐波电流测试数据汇总

表3 谐波电压测试数据汇总

从表2可以看出：5号、6号箱变的5次谐波电流远远高于62 A的国家标准。从表3可以看出：2台变压器的奇次电压谐波含有率有1台高于4%的国家标准。

由此可见，该公司配电系统电压和电流波形发生了明显畸变,瞬流活动相当频繁,有明显的电流浪涌现象,电流质量较差,有较大改善空间。电流的较大波动以及频繁变化会导致瞬流的大量产生,对用电系统造成很严重的污染，甚至威胁电网安全。谐波会产生以下后果：①谐波会使变压器的温度升高，由谐波所引起的额外损失与电流和频率的平方成正比上升，会导致变压器的基波负载容量下降，从而降低变压器负载能力；②危害动力设备，在谐波频率下铜铁损的增加所引起的额外温升，导致电动机效率降低影响转矩和产品质量；③由于未安装滤波补偿，谐波使无功补偿装置里的并联电容发生谐振，反过来又对原有的谐波产生放大作用，导致电容器组温升提高，使已有的无功补偿装置无法正常工作；④谐波还会造成功率因数低于0.90，从而造成“力调费”为正数，大量谐波电流存在，还会损耗有功功率和无功功率，增加动力设备维修成本，最终加大企业电费支出，增加企业成本。

2 项目改造实施情况

公司先后由专业公司对5号箱变和6号箱变分别进行谐波治理，谐波治理点在5号和6号箱变低压侧。5号箱变低压侧负载为9台充电机，6号箱变低压侧负载为12台充电机。根据每3台充电机配一台电网谐波及功率因数控制器原则，5号箱和6号箱分别安装3台和4台控制器。

安装后，5号箱变和6号箱变原来电容柜停止使用。谐波柜采用无源滤波支路，在并联电容器支路串联一定大小的电感，使电容和电感对某次谐波电流发生串联谐振，这样既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率。图1为谐波治理和功率因数补偿示意图。

图1 谐波治理、无功补偿示意图

项目实施后，5号箱变和6号箱变低压侧的电流谐波含量大幅下降，不但节能降耗，同时也保护了用电设备的正常运行，延长使用寿命，降低维修费用。

3 配电系统改造后效果

图2为5号机箱变补偿后电流、电压波形。从图2可以看出：补偿后，电流波形得到了明显的改善；电压波形也趋于正弦波。

从谐波含有率来看，安装电网谐波及功率因数控制器后，5号箱变和6号箱变电流电压谐波含有率明显减少,特别是5次谐波电流含量为4.82%，从而使配电系统运行状况得到明显改善。具体数据表4和表5已分别进行对比。

图2 5号箱变补偿后电流、电压波形

表4 改造前后谐波电流含有率测试数据对比表

表5 改造前后谐波电压含有率测试数据对比表

从功率因数来看，安装电网谐波及功率因数控制器后，5号箱变和6号箱变低压侧功率因数均达到0.90以上。表6为5号箱变和6号箱变改造前后功率因数对比。

表6 改造前后功率因数对比表

4 经济效益分析

改造前后分别对5号箱变、6号箱变一定时间内的产量和耗电量进行了测试。改造后，节电率达6%以上，功率因数大于0.90。表7为改造前后充电单耗比较。

表7 5号箱变、6号箱变改造前充电单耗比较

2010年5 号箱变和6号箱变产量为1 237 773 kVAh。改造后单位产品按下降0.40 kWh/kVAh计算，在不扩大产量的前提下，年节约电量1 237 773 kVAh×0.40 kWh/kVAh=495 109 kWh，节约电费495 109 kWh×0.80元/kWh=396 087元。

每台电网谐波及功率因数控制器按6万元计算，安装7台共需要42万元，其它辅助材料6万元，合计投入48万元。在不考虑节约其它费用的情况下，回收期至多为15个月。