济钢煤气加压站无功补偿及谐波治理

张 奇，李 勇

（山东省冶金科学研究院，山东 济南250014）

1 前言

济钢煤气加压站两台煤气柜（5万m3、10万m3各1台）自投运以来，其配电系统的变压器二次侧存在谐波含量较大、功率因数较低的问题，长期运行会带来许多危害。谐波会加剧变压器、电动机、电缆的损耗；同时谐波还会降低导线的载流量，导致电缆过载、发热、绝缘老化等一系列问题；大量的谐波电流通过变压器反馈到高压电网，造成高压侧的电能污染。功率因数偏低，增加了变压器和有关电气设备的电能损耗，系统传输的有功功率也会降低，增加了电费的支出；功率因数偏低加速了设备的老化，减少了使用寿命。
以电信线所带变压器为测试点，通过改善变压器二次侧的电能质量，提高了功率因数，消除了谐波，进而降低了耗电量［1］。

2 现场情况及测试数据分析

济钢煤气加压站10 kV段的变压器（S7-1250/10/0.4；阻抗电压4.46%）低压侧负载主要有4台160 kW加压泵和1台200 kW加压泵，其中1#、2#、6#、7#泵由软启动器启动，10#泵由ABB公司的变频器自带。通过对变压器低压侧出线进行电能质量测试分析发现，变压器低压侧负载运行时功率因数很低，电压波形和电流波形存在失真（见图1），系统中有大量谐波，从功率因数瞬时电平表中可得，系统功率因数最低时为0.65，平均值为0.79。

3 治理方案

图1 谐波电流含有率频谱

经过对实测数据分析，确定采用有源滤波器加动态无功补偿器混合使用的方案。有源滤波器消除系统中的谐波，消除了高次谐波对电容器的影响；动态无功补偿器可根据负载运行状况，实现动态跟踪自动投切，解决了功率因数偏低的问题。采用这种方案，既避免了单独采用有源滤波器成本过高的问题，又解决了单独采用动态无功补偿器滤波效果不明显的问题。

根据实测数据，计算谐波电流含量和无功补偿容量。负载谐波电流含量平均值由式（1）求得：

式中：IH为负载总谐波电流含量，Ih为h次谐波电流含量。

以目标功率因数0.95为计算标准，无功补偿容量根据公式（2）求得：

式中：Q补为需补偿的无功功率，P为有功功率，φ1为补偿前的功率因数角，φ2为补偿后的功率因数角［2］。

根据计算确定采用有源滤波器补偿50 A和动态无功补偿器补偿容量为400 kvar的补偿方案。

4 结语

经治理后，变压器二次侧谐波含量降低到1%，功率因数提高到0.96。综合计算每年可节约电费20万元左右，此外，电气设备使用寿命增加也有明显的间接效益。

［1］ 周志敏，周纪海.无功补偿电容器配置、运行、维护［M］.北京：电子工业出版社，2009.

［2］《钢铁企业电力设计手册》编委会.钢铁企业电力设计手册［M］.北京：冶金工业出版社，1996.