鑄造企業(yè)是耗能大戶，其中以中頻爐耗電最多，同時也存在巨大的節(jié)能潛力。本文通過成功對某鑄造企業(yè)中頻爐進(jìn)行節(jié)能改造的案例，說明了鑄造企業(yè)對中頻爐進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波治理具有較高經(jīng)濟(jì)效益，值得在鑄造和其他使用中頻爐的企業(yè)推廣。中頻爐增加無功補(bǔ)償兼濾波裝置不但對提高企業(yè)生產(chǎn)效率、設(shè)備可靠性有積極的作用，而且還有節(jié)省電能、環(huán)保等經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
                 
1.  前言
   鑄造用中頻爐具有維護(hù)方便，操作簡單可靠，可準(zhǔn)確地控制和調(diào)整金屬液溫度與成分，熔煉速度快，成型鑄件質(zhì)量好，而且其工作噪音和污染都較沖天爐小等特點。因此在鑄造領(lǐng)域里它比沖天爐應(yīng)用更廣泛，越來越受到鑄造企業(yè)的青睞。中頻爐熔煉金屬時需要消耗大量電能，其節(jié)能降耗也是一個受到企業(yè)和社會各方都關(guān)注的問題。現(xiàn)在筆者結(jié)合對中頻爐改善電能質(zhì)量的實際經(jīng)驗，闡述運用無功補(bǔ)償兼濾波裝置進(jìn)行節(jié)能降耗的效益。
2.        企業(yè)供電系統(tǒng)簡況
浙江省XX大型球鐵鑄造公司，該公司使用中頻爐熔煉金屬液，鑄件年產(chǎn)量為5萬噸。該公司變壓器總?cè)萘繛?650kVA； 5000kVA（10kV/0.75kV）專用變壓器一臺，對應(yīng)負(fù)荷為12噸中頻爐；3150kVA（10kV/0.75kV）專用變壓器一臺，對應(yīng)負(fù)荷為5噸中頻爐和15噸中頻保溫爐；500kVA（10kV/0.4kV）配電變壓器一臺，對應(yīng)負(fù)荷為廠用電。原設(shè)計5000kVA、3150kVA專用變沒有采取無功補(bǔ)償措施，500kVA配電變低壓側(cè)配置300kvar電容補(bǔ)償柜。系統(tǒng)簡圖：（虛線框內(nèi)為新增設(shè)備）
3.        改造前供電系統(tǒng)主要問題
3.1    專用變壓器噪聲大，油溫高，經(jīng)常達(dá)到80℃，需外加風(fēng)機(jī)散熱。
3.2    中頻爐工作時，500kVA配電變壓器也出現(xiàn)噪音增大。無功補(bǔ)償柜內(nèi)的電容器經(jīng)常燒毀，其他低壓設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)不明原因跳閘。
3.3    功率因數(shù)只有 0.73，達(dá)不到供電局0.90的要求，調(diào)整電費扣罰每月約9萬元。
4.        原因分析
根據(jù)中頻爐的固有特性，我們基本認(rèn)定這些問題是由中頻爐電源的諧波引起。中頻爐電源產(chǎn)生的大量諧波直接注入到專用變壓器，造成變壓器振動、損耗增加，具體表現(xiàn)在噪音大、油溫高。同時，部分諧波通過10kV母線流入到500kVA的配電變壓器，并與低壓側(cè)的電容器發(fā)生諧振，造成電容器經(jīng)常燒毀，保護(hù)裝置誤動作。
中頻爐功率因數(shù)低0.73，大量無功功率由專用變壓器提供，加重了變壓器的負(fù)擔(dān)。由于配電變的電容器也經(jīng)常燒毀，不能正常運行，公司擔(dān)心設(shè)備的安全，不敢輕意投資中頻爐補(bǔ)償柜。造成公司整體功率因數(shù)偏低，月調(diào)整電費高。
5.        系統(tǒng)改造
根據(jù)就近補(bǔ)償原則，我們于2007年10月初，在2臺中頻爐專用變壓器的低壓側(cè)安裝了中頻爐專用的2套無功補(bǔ)償兼諧波治理設(shè)備，型號為PXL- 1/0.75/2920和PXL-1/0.75/2520。該裝置投入運行后，不但從根本上解決了上述電能質(zhì)量問題，還收到很好經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過幾個月的實際運行，證明本次改造是成功的。
6.        補(bǔ)償兼濾波裝置結(jié)構(gòu)特點
6.1  設(shè)計思路
企業(yè)的目標(biāo)是設(shè)備安全和節(jié)省電費，低的投資成本，濾波效果其次。因此設(shè)計以無功補(bǔ)償和設(shè)備可靠性經(jīng)濟(jì)性要求為首要目標(biāo)，諧波治理以五次諧波為主，其他高次諧波不考慮。
6.2    濾波器全部投入時系統(tǒng)阻抗仿真結(jié)果如下圖：
6.3    關(guān)鍵元器件選取
6.3.1  接觸器：{dj0}高性能真空接觸器作為投切器件，其性能可靠，電壽命可達(dá)60萬次，損耗小。
6.3.2   濾波電容器：采用特殊制造的單相濾波電容器，其主要絕緣材料采用國外品牌。濾波電容器使用壽命長，損耗小，可長期（一般4～6年）在諧波較大的環(huán)境下使用（一般電容器在諧波負(fù)荷下的壽命，只有0.1～1.5年）。
6.3.3    濾波電抗器：采用低損耗的鐵心濾波電抗器，電抗器正常運行溫升不超過60K，真正做到“綠色節(jié)能”。裝置整體損耗保證小于總?cè)萘康?％。
6.3.4  每個支路都有三級過流保護(hù)，系統(tǒng)安全可靠性高。
6.4    具有超限報警和保護(hù)閉鎖功能，報警限值可由用戶設(shè)定。
6.5    具有手動控制和自動控制兩種工作方式，便于調(diào)試。   
7.        改造前后電氣參數(shù)測試結(jié)果
8.        改造后的綜合效益
8.1    裝置的運行情況
該無功補(bǔ)償兼濾波裝置可自動跟蹤調(diào)節(jié)各個支路的投切，開啟后無須人員操作。2007年10月初投運，當(dāng)月功率因數(shù)由0．73提高到0．91。之后的每個月的功率因數(shù)都是0.97。
8.2        產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益
8.2.1    功率因數(shù)提高，節(jié)約力調(diào)電費：裝置投入后功率因數(shù)提高至0．97，力率調(diào)整電費由罰8.5％變?yōu)楠?.75％，一正一負(fù)相差9.25％，月節(jié)省調(diào)整電費約10萬元。      

2007年	9月	10月	11月	12月
有功電量	1548240	1366320	2066520	1512000
無功電量	1458360	627240	490560	352200
功率因數(shù)	0.73	0.91	0.97	0.97
調(diào)整系數(shù)	8.50%	-0.15%	-0.75%	-0.75%
力率電費	89629	-1464	-10575	-7857
實繳電費	1190232	1015137	1461025	1084794
節(jié)約電費	/	-84414	-130427	-96902

8.2.2   增容降損
功率因數(shù)由0.73提高至0.97，變壓器的平均負(fù)荷電流減小25％（cosφ1/cosφ2＝0.73/0.97），相當(dāng)于變壓器運行容量降低了25％（2000kVA）；變壓器銅損減少：1-（0.73/0.97）2＝43％；變壓器溫度降到65℃左右；每月節(jié)省電量40kWx43%x12小時x30天＝6192kW.h/月（40kW－2臺變壓器的合計銅耗，每天工作12小時）。此項節(jié)約電費：3800元/月。
8.2.3   提高生產(chǎn)效率
無功補(bǔ)償兼濾波裝置投入后，電壓穩(wěn)定了，縮短了熔煉時間，（也減少了熱能既電能損失），提高了生產(chǎn)效率。
8.2.4   提高設(shè)備運行可靠性，延長設(shè)備使用壽命。
無功補(bǔ)償兼濾波裝置投入后，負(fù)荷無功電流、諧波電流減少，設(shè)備的發(fā)熱、損耗降低，振動減少。諧波電流減小70％，單獨諧波損耗節(jié)約的電費每月將近4000元。
系統(tǒng)內(nèi)各元件損壞率降低、設(shè)備絕緣老化減緩，故障率下降，延長設(shè)備壽命，因而提高了公司整體用電的安全性。
8.2.5   供電系統(tǒng)效益
無功功率的減少，不僅節(jié)約企業(yè)自身的電費開支，還減少了電網(wǎng)的線損和對上一級變壓器容量的占用。諧波污染的減少，降低了對通訊、自動控制裝置、電能計量和繼電器保護(hù)的干擾，提高了電網(wǎng)的安全性能。
8.3  企業(yè)綜合投資收益
此鑄造企業(yè)新增的2套中頻爐專用的無功補(bǔ)償兼濾波裝置，全部投資為100多萬元。實際平均月節(jié)約電費10萬元以上，一年就收回了投資成本。
9.        結(jié)論
綜上所述，中頻爐增加無功補(bǔ)償兼濾波裝置具有很高的效益，其兼顧了無功補(bǔ)償又有濾波功能，具有提高生產(chǎn)效率，提高設(shè)備可靠性，節(jié)省電能等優(yōu)點。企業(yè)正常生產(chǎn)，該投資一般1～2年即收回。因此，有必要在鑄造行業(yè)推廣使用。
中頻爐諧波非常大，又有一些不確定因素。設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計仿真的水平和元器件的選擇對于設(shè)備的質(zhì)量來說非常重要。例如有些廠家采用普通的電容器和電抗器做此類設(shè)備，設(shè)備壽命短、自身損耗高，維護(hù)成本也非常高。所以，采購此類產(chǎn)品時一定要選技術(shù)實力較強(qiáng)的企業(yè)。