根據中頻爐的固有特性，我們基本認定這些問題是由中頻爐電源的諧波引起。中頻爐電源產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，并與低壓側的電容器發生諧振，造成電容器經常燒毀，保護裝置誤動作。

　　中頻爐功率因數低0.73，大量無功功率由專用變壓器提供，加重了變壓器的負擔。由于配電變的電容器也經常燒毀，不能正常運行，公司擔心設備的安全，不敢輕意投資中頻爐補償柜。造成公司整體功率因數偏低，月調整電費高。

5. 系統改造

　　根據就近補償原則，我們于2007年10月初，在2臺中頻爐專用變壓器的低壓側安裝了中頻爐專用的2套無功補償兼諧波治理設備，型號為MSF-2920/0.75和MSF-2520/0.75。該裝置投入運行后，不但從根本上解決了上述電能質量問題，還收到很好經濟效益。經過5個多月的實際運行，證明本次改造是成功的。

6. 補償兼濾波裝置結構特點

6.1   設計思路

　　企業的目標是設備安全和節省電費，低的投資成本，濾波效果其次。因此設計以無功補償和設備可靠性經濟性要求為首要目標，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阻抗仿真結果如下圖：

   

6.3     關鍵元器件選取

6.3.1 接觸器：頂級高性能真空接觸器作為投切器件，其性能可靠，電壽命可達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）在諧波較大的環境下使用（一般電容器在諧波負荷下的壽命，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35K，真正做到“綠色節能”。裝置整體損耗保證小于總容量的1％。

6.3.4 每個支路都有三級過流保護，系統安全可靠性高。

6.4     具有超限報警和保護閉鎖功能，報警限值可由用戶設定。

6.5     具有手動控制和自動控制兩種工作方式，便于調試。    

7.  改造前后電氣參數測試結果

改造前電源功率因數

 

改造后電源功率因數

改造前系統電壓

改造后系統電壓

改造前系統電流波形

改造后系統電流波形

8.  改造后的綜合效益

8.1裝置的運行情況

　　該無功補償兼濾波裝置可自動跟蹤調節各個支路的投切，開啟后無須人員操作。2007年10月初投運，當月功率因數由0．73提高到0．91。之后的每個月的功率因數都是0.97。

8.2  產生的經濟效益

8.2.1  功率因數提高，節約力調電費：裝置投入后功率因數提高至0．97，力率調整電費由罰8.5％變為獎0.75％，一正一負相差9.25％，月節省調整電費約10萬元。      

8.2.2    增容降損

　　功率因數由0.73提高至0.97，變壓器的平均負荷電流減小25％（cosφ1/cosφ2＝0.73/0.97），相當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）。此項節約電費：3800元/月。

8.2.3    提高生產效率

　　無功補償兼濾波裝置投入后，電壓穩定了，縮短了熔煉時間，（也減少了熱能既電能損失），提高了生產效率。

8.2.4    提高設備運行可靠性，延長設備使用壽命。

　　無功補償兼濾波裝置投入后，負荷無功電流、諧波電流減少，設備的發熱、損耗降低，振動減少。諧波電流減小70％，單獨諧波損耗節約的電費每月將近4000元。

　　系統內各元件損壞率降低、設備絕緣老化減緩，故障率下降，延長設備壽命，因而提高了公司整體用電的安全性。

8.2.5    供電系統效益

無功功率的減少，不僅節約企業自身的電費開支，還減少了電網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的干擾，提高了電網的安全性能。

8.3   企業綜合投資收益

　　此鑄造企業新增的2套中頻爐專用的無功補償兼濾波裝置，全部投資為132萬元。實際平均月節約電費10萬元以上，一年就收回了投資成本。

9.  結論

　　綜上所述，中頻爐增加無功補償兼濾波裝置具有很高的效益，其兼顧了無功補償又有濾波功能，具有提高生產效率，提高設備可靠性，節省電能等優點。企業正常生產，該投資一般1～2年即收回。因此，有必要在鑄造行業推廣使用。