郑州工务机械段焊轨车间用电无功补偿的投资效益分析

戴明宏,赵晓东,安文秀

(1.郑州铁路职业技术学院，河南 郑州　450052；2.中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南 郑州　450001)



郑州工务机械段焊轨车间用电无功补偿的投资效益分析

戴明宏1,赵晓东1,安文秀2

(1.郑州铁路职业技术学院，河南 郑州450052；2.中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南 郑州450001)

摘要：由于生产工艺的特殊性，郑州工务机械段焊轨车间在生产过程中使用了先进的功率半导体非线性负荷设备，运行时产生大量谐波成分电流，使得常规功率因数补偿装置基本损坏。生产时产生的谐波流入配电系统，污染电网，影响各类电气设备正常运行。为此，选择高品质的安全补偿装置投入电网，大大改善了电网质量，提高了设备使用寿命和系统供电效率，降低了电力成本。

关键词：焊轨车间；谐波；功率补偿；投资效益

郑州工务机械段小李庄焊轨车间是郑州铁路局唯一负责局内大修和基建用长钢轨焊接的单位。车间用电从地方电业局直供所引入，焊轨车间内装设9台容量为3 930 kVA的变压器。国家标准要求功率因数在0.9～1.0之间，达标时会有奖励，不达标就会有罚款。2013年和2014年电费都在300万元左右，其中包含因功率因数不达标(在0.65～0.8之间)而引起的罚款20万元左右。焊轨车间在2008年改造时安装有功率补偿装置，但由于焊轨车间的用电特性，原设计的电容式补偿装置不能投入使用，所以造成每年大量的罚款。

若采取措施提高功率因数，能给企业带来明显的经济效益，并有良好的节电环保的社会效益。对于大量使用了功率半导体变流装置的先进生产设备(也称非线性特性负荷设备)，由于在工作过程中，大量产生谐波成分的电流，使得常规功率因数补偿装置存在损坏的危险，甚至冲击电网的危害性大大提升，因此常规的功率因数补偿装置无法在此工况下工作。

在电网中含有大量谐波的工况下，应选择高品质的安全补偿装置快速、准确、安全地投入电网，以提高功率因数，改善电网的性能。这样，不仅可以得到供电公司给予的奖励，同时也改善了因电网功率因数过低造成的用电设备寿命短、故障率高，变压器及线路供电效率低下等问题。

1无功功率补偿装置使用效果实验分析对比

2014年6月，焊轨车间实验性投入2号变压器负载端无功功率补偿装置，通过对全年数据对比分析，发现补偿效果很好。具体数据和分析如表1。

表1　2014年焊轨车间电费数据表

续表

由表1可知，6月份投入试用，在试用前5个月总电费1 277 819.22元，其中含无功罚款102 895.48元，无功罚款占总电费的8.05%；在试用后6个月总电费1 438 830.48元，其中含无功罚款降到69 681.38元，无功罚款占总电费的4.84%；线损由试用前5个月共4 840 kWh降到试用后6个月共1 589 kWh。所以，检测焊轨车间高压用电特性，并有针对性地进行补偿和治理是非常必要的，切实可行的。

2使用无功功率补偿装置投资效益分析

功率因数cosφ、无功功率Q、有功功率P的关系为：

cosφ=P/SQRT(P2+Q2)；

(1)

P=Q·cotφ=Q·cot arccosφ；

(2)

Q=P·tanφ=P·tan arccosφ。

(3)

表2是近期在焊轨车间实际测量的各个变压器输出端数据。

表2　焊轨车间变压器负载电气特性实测数据

续表

注：测量数据随着负载变化会有差异。

由表2可知，1#、2#、4#、7#号变压器负载电流畸变率超过10%，需要治理谐波。谐波电流约423 A，市场调查的谐波治理费用在1 130元/A，故估计投资423×1 130=477 990元；1#、4#、5#号变压器需要补偿无功功率，补偿后功率因数可以达到0.95，补偿无功功率820 kVar，市场调查的功率补偿费用在670元/kVar，故估计投资820×670=549 400元。1#、2#、4#、5#号变压器负载补偿后功率因数达到0.95，根据公式(3)计算无功功率，分别汇总9台变压器的有功功率P补和无功功率Q补，根据式(1)计算补偿后的总功率因数为0.94，不但可以取消全部功率因数不足的罚款，而且还可以得到总电费0.6%的奖励。

无功功率补偿装置设备总投资为1 027 390元。以2013年为例，2013年因功率因数不达标导致罚款251 517元，总电费2 944 431元，2 944 431×0.6%=17 666元，即可得到269 183元收益(无功功率补偿后带来的线损降低效益和功率因数奖励电费没有计算在内)，3.82年收回投资。产品平均寿命10万小时，即寿命11.4年，11.4-3.82=7.58年，7.58×269 183=2 040 407元，即投入1 027 390元，将会在11.4年内带来2 040 407元收益。

3结语

郑州工务机械段焊轨车间使用高品质的安全无功功率补偿装置进行谐波治理，不仅收到较好的经济效益，而且能获得良好的节能环保效益，对延长电网中其他电气设备寿命和增加电气设备的安全性起到较好的效果。

参考文献

[1]陈起良.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J].电子技术与软件工程，2013(20)：197.

[2]吴培锦.浅析谐波对电能质量的危害及其治理措施[J].机电信息，2015(24)：91-92.

[3]夏飞雨.无功功率补偿技术在供电系统中的应用[J].机械管理开发，2015(7)：99-101.

[4]孙义广.工厂供电系统中谐波的危害与防治探讨[J].科技与创新，2014(24)：77.

[责任编辑：赵伟]

Analysis on the Investment Benefit of Reactive Power Compensation in Welding Workshop of Zhengzhou Railway Machinery Department

DAI Minghong1， ZHAO Xiaodong1， AN Wenxiu2

(1.Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 450052,CHina；2.Zhengzhou Design Institute of China Railway Engineering Design & Consulting Group Co., Ltd, Zhengzhou 450001,CHina)

Abstract:Due to the particular production process of the Zhengzhou railway welding workshop, which adopts the advanced power semiconductor nonlinear load equipment, large amount of harmonic current will arise during the operation. As a result, the conventional power factor compensation device is easily damaged, thus harmonics goes into the power distribution system, causing electric network pollution and affecting the normal operation of the various types of electrical equipment. Therefore, this paper selects high-quality safety compensation device and put into power network. The actual effect of new compensation device shows the measure greatly improves the quality of power grid, extends the service, ameliorates the system power supply efficiency, and reduces the cost of electricity at the same time.

Key Words:welding workshop; harmonics; power compensation; investment benefit

中图分类号:TM7

文献标志码:A

文章编号：1008-6811(2016)01-0012-02

作者简介：戴明宏(1960—)，男，浙江上虞人，郑州铁路职业技术学院机电工程系教授，研究方向为机电一体化。赵晓东(1966—)，男，河南荥阳人，郑州铁路职业技术学院副教授，研究方向为机电工程。安文秀(1963—)，女，河南郑州人，中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院高级工程师，研究方向为电气工程。

收稿日期：2015-11-30