铸造企业是耗能大户，其中以中频炉耗电最多，同时也存在巨大的节能潜力。本文通过成功对某铸造企业中频炉进行节能改造的案例，说明了铸造企业对中频炉进行无功补偿和谐波治理具有较高经济效益，值得在铸造和其他使用中频炉的企业推广。中频炉增加无功补偿兼滤波装置不但对提高企业生产效率、设备可靠性有积极的作用，而且还有节省电能、环保等经济效益和社会效益。
                 
1.  前言
   铸造用中频炉具有维护方便，操作简单可靠，可准确地控制和调整金属液温度与成分，熔炼速度快，成型铸件质量好，而且其工作噪音和污染都较冲天炉小等特点。因此在铸造领域里它比冲天炉应用更广泛，越来越受到铸造企业的青睐。中频炉熔炼金属时需要消耗大量电能，其节能降耗也是一个受到企业和社会各方都关注的问题。现在笔者结合对中频炉改善电能质量的实际经验，阐述运用无功补偿兼滤波装置进行节能降耗的效益。
2.        企业供电系统简况
浙江省XX大型球铁铸造公司，该公司使用中频炉熔炼金属液，铸件年产量为5万吨。该公司变压器总容量为8650kVA； 5000kVA（10kV/0.75kV）专用变压器一台，对应负荷为12吨中频炉；3150kVA（10kV/0.75kV）专用变压器一台，对应负荷为5吨中频炉和15吨中频保温炉；500kVA（10kV/0.4kV）配电变压器一台，对应负荷为厂用电。原设计5000kVA、3150kVA专用变没有采取无功补偿措施，500kVA配电变低压侧配置300kvar电容补偿柜。系统简图：（虚线框内为新增设备）
3.        改造前供电系统主要问题
3.1    专用变压器噪声大，油温高，经常达到80℃，需外加风机散热。
3.2    中频炉工作时，500kVA配电变压器也出现噪音增大。无功补偿柜内的电容器经常烧毁，其他低压设备经常出现不明原因跳闸。
3.3    功率因数只有 0.73，达不到供电局0.90的要求，调整电费扣罚每月约9万元。
4.        原因分析
根据中频炉的固有特性，我们基本认定这些问题是由中频炉电源的谐波引起。中频炉电源产生的大量谐波直接注入到专用变压器，造成变压器振动、损耗增加，具体表现在噪音大、油温高。同时，部分谐波通过10kV母线流入到500kVA的配电变压器，并与低压侧的电容器发生谐振，造成电容器经常烧毁，保护装置误动作。
中频炉功率因数低0.73，大量无功功率由专用变压器提供，加重了变压器的负担。由于配电变的电容器也经常烧毁，不能正常运行，公司担心设备的安全，不敢轻意投资中频炉补偿柜。造成公司整体功率因数偏低，月调整电费高。
5.        系统改造
根据就近补偿原则，我们于2007年10月初，在2台中频炉专用变压器的低压侧安装了中频炉专用的2套无功补偿兼谐波治理设备，型号为PXL- 1/0.75/2920和PXL-1/0.75/2520。该装置投入运行后，不但从根本上解决了上述电能质量问题，还收到很好经济效益。经过几个月的实际运行，证明本次改造是成功的。
6.        补偿兼滤波装置结构特点
6.1  设计思路
企业的目标是设备安全和节省电费，低的投资成本，滤波效果其次。因此设计以无功补偿和设备可靠性经济性要求为首要目标，谐波治理以五次谐波为主，其他高次谐波不考虑。
6.2    滤波器全部投入时系统阻抗仿真结果如下图：
6.3    关键元器件选取
6.3.1  接触器：{dj0}高性能真空接触器作为投切器件，其性能可靠，电寿命可达60万次，损耗小。
6.3.2   滤波电容器：采用特殊制造的单相滤波电容器，其主要绝缘材料采用国外品牌。滤波电容器使用寿命长，损耗小，可长期（一般4～6年）在谐波较大的环境下使用（一般电容器在谐波负荷下的寿命，只有0.1～1.5年）。
6.3.3    滤波电抗器：采用低损耗的铁心滤波电抗器，电抗器正常运行温升不超过60K，真正做到“绿色节能”。装置整体损耗保证小于总容量的1％。
6.3.4  每个支路都有三级过流保护，系统安全可靠性高。
6.4    具有超限报警和保护闭锁功能，报警限值可由用户设定。
6.5    具有手动控制和自动控制两种工作方式，便于调试。   
7.        改造前后电气参数测试结果
8.        改造后的综合效益
8.1    装置的运行情况
该无功补偿兼滤波装置可自动跟踪调节各个支路的投切，开启后无须人员操作。2007年10月初投运，当月功率因数由0．73提高到0．91。之后的每个月的功率因数都是0.97。
8.2        产生的经济效益
8.2.1    功率因数提高，节约力调电费：装置投入后功率因数提高至0．97，力率调整电费由罚8.5％变为奖0.75％，一正一负相差9.25％，月节省调整电费约10万元。      

2007年	9月	10月	11月	12月
有功电量	1548240	1366320	2066520	1512000
无功电量	1458360	627240	490560	352200
功率因数	0.73	0.91	0.97	0.97
调整系数	8.50%	-0.15%	-0.75%	-0.75%
力率电费	89629	-1464	-10575	-7857
实缴电费	1190232	1015137	1461025	1084794
节约电费	/	-84414	-130427	-96902

8.2.2   增容降损
功率因数由0.73提高至0.97，变压器的平均负荷电流减小25％（cosφ1/cosφ2＝0.73/0.97），相当于变压器运行容量降低了25％（2000kVA）；变压器铜损减少：1-（0.73/0.97）2＝43％；变压器温度降到65℃左右；每月节省电量40kWx43%x12小时x30天＝6192kW.h/月（40kW－2台变压器的合计铜耗，每天工作12小时）。此项节约电费：3800元/月。
8.2.3   提高生产效率
无功补偿兼滤波装置投入后，电压稳定了，缩短了熔炼时间，（也减少了热能既电能损失），提高了生产效率。
8.2.4   提高设备运行可靠性，延长设备使用寿命。
无功补偿兼滤波装置投入后，负荷无功电流、谐波电流减少，设备的发热、损耗降低，振动减少。谐波电流减小70％，单独谐波损耗节约的电费每月将近4000元。
系统内各元件损坏率降低、设备绝缘老化减缓，故障率下降，延长设备寿命，因而提高了公司整体用电的安全性。
8.2.5   供电系统效益
无功功率的减少，不仅节约企业自身的电费开支，还减少了电网的线损和对上一级变压器容量的占用。谐波污染的减少，降低了对通讯、自动控制装置、电能计量和继电器保护的干扰，提高了电网的安全性能。
8.3  企业综合投资收益
此铸造企业新增的2套中频炉专用的无功补偿兼滤波装置，全部投资为100多万元。实际平均月节约电费10万元以上，一年就收回了投资成本。
9.        结论
综上所述，中频炉增加无功补偿兼滤波装置具有很高的效益，其兼顾了无功补偿又有滤波功能，具有提高生产效率，提高设备可靠性，节省电能等优点。企业正常生产，该投资一般1～2年即收回。因此，有必要在铸造行业推广使用。
中频炉谐波非常大，又有一些不确定因素。设备生产企业的系统设计仿真的水平和元器件的选择对于设备的质量来说非常重要。例如有些厂家采用普通的电容器和电抗器做此类设备，设备寿命短、自身损耗高，维护成本也非常高。所以，采购此类产品时一定要选技术实力较强的企业。