电解铝企业的谐波治理及节能效果分析

郑晶晶，罗 凡，杨 勇

（1.甘肃省电力公司 电力科学研究院，兰州 730050；2.甘肃省电力公司，兰州 730050）

电解铝企业的谐波治理及节能效果分析

郑晶晶1，罗 凡2，杨 勇1

（1.甘肃省电力公司 电力科学研究院，兰州 730050；2.甘肃省电力公司，兰州 730050）

电解铝工业中，谐波对电力系统造成污染。从现场实际出发，介绍电能质量测试情况及各项电能质量指标限值，对测试结果及谐波治理经济效益进行分析。

谐波治理；节能分析；电能质量

电解铝工业是电力系统中公认的谐波污染大户，由于大量采用电力电子变流技术而不可避免地产生大量谐波，对电网造成谐波污染[1]。通常铝厂的谐波主要来源于2个方面。一是整流装置：铝厂电解铝整流系统大多采用三相桥式并联方式，并由若干脉动整流机组组成，这样将产生多种高次特征谐波与非特征谐波；二是变频装置：铝厂内部除线性负荷外，还包括变频装置等大量非线性负荷，如：铸轧机、电动机车等变频调速设备[2]。

1 某铝厂变电站情况

某铝厂通过两回铝厂至330 kV先锋变输电线路为其500 kA整流所供电，电压等级为220 kV,线路导线型号LGJ-2*500/35，长度为3.855 km。

某铝厂500 kA整流所220 kV甲母和乙母独立运行，分别由2个220 kV线路供电。其中，220 kV甲母带7台整流变压器运行，220 kV乙母带2台动力变压器运行。测试时间段内，线路有功功率约为400 MW。

2 电能质量测试情况

2.1 测试方法要求

采样频率不低于每个周波256点。基本记录时间长度取1 min。

傅里叶分析的采样窗口取10个工频周期，窗函数采用矩形窗。谐波、不平衡度、电压偏差测量以3 s作为测量的基本时间长度。在3 s时段内，每隔200 ms做1次测量并记录，进行连续测量，对3 s内所测的15组200 ms数据取均方根值作为基本时间长度的幅值。电网基波频率的测量，每次取1 s、3 s或10 s间隔内计到的整数周期与整数周期累计时间之比[3]（和1 s、3 s或10 s时钟重叠的单个周期应丢弃）。

2.2 测试数据统计方法

在1 min测量数据基础上，针对测试时间段，按照国家标准的规定，95%概率大值选取方法，即将实测值由大到小次序排列，舍弃前面的5%概率大值，取剩余实测值中的最大值[4]。测量结果应取测量时段内三相中最大相的实际测量的95%概率大值。

3 各项电能质量指标限值

3.1 供电电压偏差

根据国家标准GB/T 12325—2008要求，供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%。(注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。)

3.2 闪变

根据国家标准GB/T 12326—2008规定，电力系统的公共连接点，在系统正常运行的较小方式下，母线长时间闪变值最大值不超过0.8。

3.3 三相电压不平衡

根据国家标准GB/T 15543—2008规定，电力系统公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。

对于电力系统的公共连接点，供电电压负序不平衡度的测量值的10 min方均根值的95%概率大值应不大于2%，所有测量值中的最大值不大于4%。

3.4 电力系统频率偏差

根据国家标准GB/T 15945—2008规定，电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz。当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5 Hz。

3.5 谐波

3.5.1 谐波电压限值

根据国家标准GB/T 14549—1993中的规定，公用电网谐波电压（相电压）限值见表1。

表1 公用电网谐波电压限值

根据国家标准要求，取各相实测值的95%概率值中的最大的一相，作为判断谐波是否超过允许值的依据[5]。

3.5.2 谐波电流限值

按照国家标准GB/T 14549—93《电能质量——公用电网谐波》要求，通过计算得到PCC（电网公共点）允许该用户注入的各次谐波电流允许值，见表2。

4 220 kV线路电能质量测试结果分析

4.1 供电电压偏差

给出监测点的供电电压偏差监测数据统计结果，并与限值比较分析得出结论，见表3。

4.2 闪变

给出监测点的闪变监测数据统计结果，并与限值比较分析得出结论，见表4。

4.3 三相电压不平衡

给出监测点的三相电压不平衡监测数据统计结果，并与限值比较分析得出结论，见表5。

4.4 电力系统频率偏差

给出监测点的频率偏差监测数据统计结果，并与限值比较分析得出结论，见表6。

4.5 谐波

给出监测点谐波电压和谐波电流（包括总谐波畸变率和各次谐波电压含有率监测数据统计结果，并与限值比较分析得出结论。

由测试数据分析，220 kV线路主要以3、5、7、9、11、13次谐波电压为主，但是都未超出合格范围。220 kV线路3次谐波电流最大，超出合格范围。

表2 PCC点允许注入谐波电流 A

表3 供电电压偏差表%

表4 电压闪变统计表

表5 三相电压不平衡度统计表%

表6 电压频率统计表Hz

5 经济效益分析

采用电力滤波器的滤波补偿方案，通过充分考虑供电系统参数、整流机组的谐波和功率因数情况，提出消除谐波和补偿功率因数的滤波器方案：在各整流机组母线加装5次、7次、11次单调谐[8]。

加滤波器后，当整流机组生产时，注入220 kV考核点的各次谐波电流都在标准及限定值以内，各次谐波电流基本消除，电能质量得到极大改善，同时，整流器谐波的消除，还可以大大改善铝厂内部供电环境，使所有的用电设备的性能得到最大限度的发挥[9—10]。

滤波器组投入后，在任何状态运行时，均不会和系统产生电流谐振和电压谐振，不会产生设备过热、过电压等现象。

通过谐波电压电流的控制，很大程度上降低了电气设备的附加损耗。考虑到变压器绕组的附加损耗率k1，铁心的磁滞附加损耗率k2，铁心的涡流附加损耗率k3以及电缆导体的附加损耗率k4等因素，假设变压器的基波损耗为5%，则治理后的节电率k=(k1+k2+k3+k4)×5%,在这里k1+k2+k3+k4取经验数据1.769 6，则k=1.769 6×5%=8.85%。假设该铝厂年平均负荷为400 MW，则经过谐波治理后的年节电量：400 MW×24 h/d×365 d×8.85%=3.1亿 kWh。

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[1]桂勤昌,潘永刚,田英杰.上海电网谐波污染现状分析[J].上海电力,2005(3)：235-237.

[2]宋春宁,郑江,刘路.电气铁道谐波实时监测系统[J].广西电力,2003(4)：1-3.

[3]周铁强,李佐汉.城前岭220 kV变电站谐波治理的研究[J].电力建设,2003(5)：27-29.

[4]李学信,曲效荣.秦皇岛地区两座220 kV变电站的电铁谐波治理[J].电力电容器,2003(1)：10-12.

[5]张尊儒,刘旭刚.某电子铝箔厂的谐波治理与无功补偿[J].广西电力,2004(2)：7-8,13.

[6]陈存龙,姜一鸣.钢厂谐波治理一例[J].电世界,2006(2)：26-27.

[7]郭建梅,赵志齐.电力系统谐波危害及预防措施[J].天津电力技术,2002(3)：20-23,38.

[8]高昌涛,刘剑.低压电力系统谐波的产生、危害及其防护[J].低压电器,2005(12)：54-57.

[9]吴国沛,任震.电力系统谐波对继电保护的影响[J].电力自动化设备,2002(7)：78-79.

[10]刘乾业,许伟.低压电网谐波治理和无功补偿装置的合理选择.电力设备,2004(6)：46-48.

Harmonic control and energy⁃saving effect of electrolytic aluminum enterprise

ZHENG Jing⁃jing,LUO Fan2,YANG Yong1
（1.Electric Power Research Institute,Gansu Electric Power Company,Lanzhou 730050,China;2.Gansu Electric Power Company,Lanzhou 730050,China）

In electrolytic aluminum industry,the harmonics pollutes on power systems.From reality on⁃site,the power quality test cases and the power quality indicators limitations are intro⁃duced.The test results and the economic efficiency of harmonic control are analyzed.

harmonic control;energy conservation analysis;power quality

F407.61；TK018

B

2012-09-03

郑晶晶（1981），女，山东德州人，工程师，从事需求侧管理、节能服务等方面的科研工作；罗凡（1974），女，重庆人，工程师，长期从事需求侧管理、节能服务等方面的管理和科研工作；杨勇（1972），男，甘肃张掖人，高级工程师，从事节能服务、电力系统稳定性分析等方面的科研工作。

1009-1831（2012）06-0033-03

（

孙 晶）