Fondo
En febrero de 2023, para promover la conservación de energía y la reducción de emisiones, mejorar la seguridad eléctrica y garantizar la finalización sin problemas de las tareas de producción, Gestamp Automotive Components (Kunshan) Co., Ltd. organizó a profesionales para realizar evaluaciones de la calidad de la energía y recopilación de datos en su sistema de suministro y distribución de energía de bajo-voltaje. Los talleres de la empresa utilizan ampliamente equipos como máquinas estampadoras, máquinas de soldadura láser y dispositivos de calefacción eléctrica. Si bien estos simplifican los procesos y mejoran la eficiencia, su operación contamina la red eléctrica interna, lo que resulta en una mala calidad de la energía, lo que plantea riesgos para la seguridad de la producción y un mayor consumo de energía. Anteriormente, los dos transformadores de 2500 KVA utilizaban un esquema de compensación de reactor de condensador-ABB. Debido al largo tiempo de funcionamiento (puesto en servicio en 2008 y muy fuera de garantía), los interruptores compuestos, fusibles y condensadores dentro de los gabinetes han sufrido diversos grados de daño, y también hay un problema de bajo factor de potencia, lo que requiere una actualización a la potencia reactiva y compensación de filtrado.
Problemas de calidad de energía
1. Factor de potencia extremadamente bajo:
Los factores de potencia medidos de los transformadores #4 y #5 son 0.42 y 0.275 respectivamente, muy por debajo del valor de 0.9 estipulado en el "Método de Tarifa de Electricidad de Ajuste del Factor de Potencia". Esto requiere penalizaciones por la potencia reactiva y reduce la utilización de energía.
2. Contenido armónico excesivo:
Según "Armonicos - de calidad de energía en redes eléctricas públicas" (GB/T 14549-93), el contenido armónico actual del transformador n.º 4 es del 10,1%, siendo las corrientes armónicas 3.º, 5.º, 7.º, 11.º y 13.º 31,5 A, 100,4 A, 55,3 A, 10,2 A y 31,3 A respectivamente. El contenido de armónicos actuales del transformador n.º 5 es del 11,2 %, siendo las corrientes armónicas correspondientes 23,1 A, 136,3 A, 76,4 A, 18,8 A y 14,2 A. La interferencia armónica afecta el funcionamiento normal del equipo.
3. Fallas frecuentes de los equipos:
El esquema original de compensación de capacitores y reactancias tiene un gran impacto en la red eléctrica debido al corto tiempo de conexión y la gran corriente de la carga (estampadora, soldadura láser, etc.). Esto conduce a conmutaciones frecuentes del interruptor del gabinete de compensación, lo que provoca que la capacitancia del capacitor decaiga, se abulte, tenga fugas e incluso se incendie, así como también que se quemen los fusibles, se produzcan arcos eléctricos en el interruptor y otras fallas, lo que amenaza la seguridad eléctrica.
Solución
El banco de condensadores existente se actualizará utilizando una combinación de "SVG (generador de var estático) + APF (filtro de potencia activo)", de la siguiente manera:
- Objetivos de la solución:Mejorar el factor de potencia en el lado del bus de 0,4kV por encima de 0,92, evitando penalizaciones por potencia reactiva; filtrar algunos armónicos, reduciendo fallas en los equipos; para eliminar las fluctuaciones de voltaje y el parpadeo, estabilizando el voltaje del sistema y reduciendo la tasa de falla del equipo de suministro de energía.
- Esquema de configuración:Se configurarán dos bancos de capacitores (5D1 y 5D2) para cada uno de los transformadores #4 y #5. El gabinete #5D1 tendrá una capacidad de compensación de 600 kvar, equipado con 6 unidades SVG de 100 kvar; El gabinete #5D2 tendrá una capacidad de compensación de 300 A + 400kvar, equipado con 4 unidades SVG de 100 kvar y 2 unidades APF de 150 A. Se agregarán tres nuevos transformadores de corriente de relación 5000/5 a cada gabinete. Se reemplazará el panel de instrumentos y se agregarán vigas de carga y vigas laterales dentro del gabinete. Se instalará un ventilador de temperatura automático.
- Pasos de construcción:Conserve el gabinete del capacitor y el interruptor principal originales, retire los demás componentes; instalar travesaños, soportes, dispositivos de compensación de filtro SVG+APF y pantallas; realizar pruebas de carga y poner en funcionamiento. Se espera que el ciclo de modificación de cada equipo sea de 3 a 4 días.
Análisis de beneficios
(I) Beneficios Económicos Directos
El ahorro de energía se logra reduciendo las pérdidas en la línea y en el transformador: después de la compensación, la corriente operativa promedio del sistema disminuye de 2300 A a 2150 A. Los cálculos muestran que dos transformadores pueden ahorrar al menos 116.946 kWh de electricidad al año, lo que corresponde a un ahorro de aproximadamente 280.000 yuanes en costes de electricidad. Al mismo tiempo, evita las penalizaciones de energía reactiva causadas por un factor de potencia inferior al estándar, lo que mejora la utilización de la energía.
(II) Beneficios indirectos
1. Nivel de Equipo y Sistema:
La reducción de la corriente reactiva de carga y la corriente armónica reduce el calentamiento y las pérdidas del transformador y de la línea, reduce la vibración, ralentiza el envejecimiento del aislamiento del equipo, extiende la vida útil de los equipos eléctricos en más del 30% y reduce los costos de mantenimiento anual en un 20%; la tasa de filtrado de armónicos alcanza más del 97%, cumpliendo con el estándar GB/T 24337-2009, evitando fallas en el equipo causadas por armónicos (como sobrecalentamiento y quemado del motor, daños al sistema PLC/DCS), mejorando la utilización del transformador y logrando efectivamente la expansión de la capacidad.
2. Aspectos de Producción y Seguridad:
Estabilice el voltaje del sistema, mejore la eficiencia energética (tasa de ahorro de energía del 5-8%), reduzca los errores en equipos de producción de alta-precisión y reduzca las tasas de desperdicio de productos; reducir el calentamiento por efecto de piel del cable y el calentamiento sin sobrecorriente en los interruptores, reduciendo el riesgo de incendios en los cables y disparos accidentales del interruptor; reduzca el parpadeo de la iluminación, prevenga el síndrome del edificio entre el personal y garantice la seguridad de la producción y la salud de los empleados.
3. Red Eléctrica y Aspectos Ambientales:
Reducir las pérdidas de la línea de la red eléctrica y la ocupación de la capacidad del transformador aguas arriba, reducir la interferencia armónica en las comunicaciones, los dispositivos de control automático, la medición y la protección de relés, y mejorar la seguridad de la red eléctrica; ahorre energía, cumpla con los requisitos de conservación de energía y reducción de emisiones, y proteja el medio ambiente.