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      淺談無(wú)功補(bǔ)償與效益分析

      2011-11-15 06:34:18楊燕東楊燕生
      中國(guó)科技信息 2011年17期
      關(guān)鍵詞:功率因數(shù)消耗容量

      楊燕東 楊燕生

      廣東電網(wǎng)公司揭陽(yáng)供電局 522000

      淺談無(wú)功補(bǔ)償與效益分析

      楊燕東 楊燕生

      廣東電網(wǎng)公司揭陽(yáng)供電局 522000

      提高工業(yè)用戶的功率因數(shù),做好無(wú)功功率補(bǔ)償,對(duì)減少電網(wǎng)損耗,提高電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓、提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平有很大的作用,做到無(wú)功就地平衡,對(duì)企業(yè)有著極可觀、長(zhǎng)久、直接的經(jīng)濟(jì)效益。

      無(wú)功補(bǔ)償;就地平衡;效益分析

      電能是企業(yè)的必耗成本,與企業(yè)效益息息相關(guān)。異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備。工業(yè)用戶大部分動(dòng)力負(fù)荷是異步電動(dòng)機(jī),在運(yùn)行過(guò)程中,需要消耗大量的無(wú)功功率,而且消耗的無(wú)功占了電網(wǎng)無(wú)功的大部分,搞好工業(yè)用戶的無(wú)功補(bǔ)償,不僅可減輕上一級(jí)電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膲毫?,而且可以提高用戶與電網(wǎng)功率因數(shù)、提高電壓質(zhì)量,有效地減低電能損耗,減少用戶電費(fèi)支出。

      1.無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

      從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出,各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率,尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無(wú)功功率的傳輸損耗,提高輸配電設(shè)備的效率,無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置,應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償,就地平衡”的原則,合理布局。

      1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合,以局部為主。

      2)電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。

      在配電網(wǎng)絡(luò)中,用戶消耗的無(wú)功功率占50%~60%,其余的無(wú)功功率消耗在配電網(wǎng)中。為了減少無(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送,要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償,就地平衡,所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。

      3)分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合,以分散為主

      集中補(bǔ)償,是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償,指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū),如配電線路,配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無(wú)功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償,主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無(wú)功損耗,以及減少變電所以上輸電線路的無(wú)功電力,從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o(wú)功通過(guò)變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸送。所以為了有效地降低線損,必須做到無(wú)功功率在哪里發(fā)生,就應(yīng)在哪里補(bǔ)償。所以,中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。

      4)無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t

      提高用電單位的自然功率因數(shù),應(yīng)該遵循:全面規(guī)劃,合理布局,分級(jí)補(bǔ)償,就地平衡;集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合,以分散補(bǔ)償主;高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合,以低壓補(bǔ)償為主;調(diào)壓與降損相結(jié)合,以降損為主的原則.

      2.影響功率因數(shù)的主要因素

      功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過(guò)程中,除消耗有功功率外,還需要無(wú)功功率。當(dāng)有功功率P一定時(shí),如減少無(wú)功功率Q,則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下,當(dāng)Q=0時(shí),則其力率=1。因此提高功率因數(shù)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需要量。

      (1)異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備

      (2)供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響

      (3)電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響。

      3.無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?/h2>

      (1)隨機(jī)補(bǔ)償

      隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接,通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī),同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗,以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主,此種方式可較好地限制用電單位無(wú)功負(fù)荷。

      (2) 隨器補(bǔ)償

      隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè),以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無(wú)功,配變空載無(wú)功是用電單位無(wú)功負(fù)荷的主要部分,對(duì)于輕負(fù)載的配變而言,這部分損耗占供電量的比例很大,從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。

      (3) 跟蹤補(bǔ)償

      跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置,將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶,可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式,補(bǔ)償效果好。

      4.無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇

      無(wú)功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí),補(bǔ)償容量的選擇分兩大類,即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇(主要指電動(dòng)機(jī))和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇(指集中和局部分組補(bǔ)償)。

      (1)單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法:

      1)美國(guó)資料推薦:Qc=(1/3)Pe [額定容量的1/3]

      2)日本方法:從電氣計(jì)算日文雜志中查到:1/4~1/2容量計(jì)算

      3)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法:由于電機(jī)極數(shù)不同,按極數(shù)大小確定經(jīng)驗(yàn)系數(shù)選擇容量 比較接近實(shí)際需要的電容器,采用這種方法一般在70%負(fù)荷時(shí),補(bǔ)后功率因數(shù)可在0.95~0. 97 之間。

      經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表:

      電機(jī)容量大時(shí)選下限,小時(shí)選上限 ;電壓高時(shí)選下限,小時(shí)選上限。

      實(shí)際測(cè)試比較準(zhǔn)確的方法此法適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷匮a(bǔ)償容量的計(jì)算。

      5)如果測(cè)試比較麻煩,可以按下式

      Io-空載電流=2Ie(1-COSφe ) 瑞典電氣公司推薦公式

      6)按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算:

      Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3(kvar) ,K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù) ,極數(shù): 2 4 6 8 10 ,K值: 0. 7 0.8 0.85 0.9

      (2)多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇:

      1) 對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù),其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇:

      式中:Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量,由有功電能表讀得;Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù),可取0.8~0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù);tgφ1、tgφ2意義同前,tgφ1由有功和無(wú)功電能表讀數(shù)求得。

      2)對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè),無(wú)功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇:

      Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

      式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù),一般取0.7~0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和;tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值,也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

      多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠、利用率較高。因此這種方法選擇的容量,對(duì)于低壓來(lái)說(shuō)最好采用電容器組動(dòng)態(tài)控制補(bǔ)償,即根據(jù)負(fù)荷大小動(dòng)態(tài)投入無(wú)功補(bǔ)償容量的多少。

      5.無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б娣治?/h2>

      在現(xiàn)代用電企業(yè)中,在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中,以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外,還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0. 70~0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%~90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右,則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入,會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。

      (1)節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的,因

      為國(guó)家電價(jià)制度中,從合理利用有限電能出發(fā),對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值,低于規(guī)定的數(shù)值,需要多收電費(fèi),高于規(guī)定數(shù)值,可相應(yīng)地減少電費(fèi)??梢?jiàn),提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。

      (2)提高設(shè)備的利用率。對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講,在同樣有功功率下,因功率因數(shù)的提高,負(fù)荷電流減少,因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備,從而滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要;如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載,由于功率因數(shù)的提高,輸送無(wú)功電流的減少,使系統(tǒng)不至于過(guò)載運(yùn)行,從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力;對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來(lái)說(shuō)則能降低設(shè)備容量,減少投資費(fèi)用,在一定條件下,改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此,使用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用,而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

      (3)降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變,P= UICOSφ,由于COSφ提高,補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問(wèn)題方便,可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COS φ2。

      即:I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為:

      ΔP%= (1-I22/I12)×100%=(1-COS2φ1/ COS2φ2) × 100%

      當(dāng)功率因數(shù)從0.70~0.85提高到0. 95時(shí),由(2)式可求得有功損耗將降低20%~45%。

      (4)改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例,假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無(wú)功為P、Q,則電壓損失ΔU為:

      △U=(PR+QX)/Ue×10-3(kV)兩部分損失:PR/ Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的;QX/Ue→輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的;

      配電線路:X=(2~4)R,△U大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

      變壓器:X=(5~10)R,QX/Ue= (5~10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的??梢钥闯?,若減少無(wú)功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定,有利于大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。因此,無(wú)功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量(一般電壓穩(wěn)定不宜超過(guò)3%)。對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù),減少線損,穩(wěn)定電壓。

      (5) 三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)就地補(bǔ)償后,由于電流的下降,功率因數(shù)的提高,從而增加了變壓器的容量,計(jì)算公式如下:

      如一臺(tái)額定功率為155kW水泵的電機(jī),補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857,補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967,根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為:(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0. 857)-1]=24kVA

      7 、結(jié)束語(yǔ)

      工業(yè)用戶合理配置無(wú)功補(bǔ)償,可提高功率因數(shù),提高設(shè)備的出力率,降低電費(fèi)的支出,獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)也能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和電壓質(zhì)量,提高電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。

      10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.005

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