碼頭輸煤系統(tǒng)無功補償容量的優(yōu)化配置及實施效果

李慶昌

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

0 引言

華電萊州發(fā)電有限公司輸送燃料碼頭建有2路輸煤皮帶(以下簡稱A路、B路)，A路、B路皮帶各由4臺高壓電動機帶載，A路皮帶電動機命名為1A，2A，3A，4A電動機，B路皮帶電動機命名為1B，2B，3B，4B電動機，A路皮帶電動機電源取自10 kV A段母線，B路皮帶電動機電源取自10 kV B段母線。原設(shè)計10 kV A，B段母線上分別接有1套容量為300 kV·A的無功補償裝置，但在實際運行中發(fā)現(xiàn)10 kV A，B段母線功率因數(shù)較低，遠低于電網(wǎng)要求的功率因數(shù)0.9的門檻值，功率因數(shù)的不斷調(diào)整，導(dǎo)致電費增高?；谏鲜銮闆r，筆者經(jīng)過深度計算，提出了無功補償優(yōu)化配置方案，意在提高系統(tǒng)功率因數(shù)，節(jié)省生產(chǎn)成本。

1 功率因數(shù)低的原因分析

1.1 電量及功率因數(shù)調(diào)整電費情況

2013－01－09—02－25，A路、B路綜合功率因數(shù)及功率因數(shù)調(diào)整電費情況見表1。

表1 A，B路綜合功率因數(shù)及功率因數(shù)調(diào)整電費情況

1.2 A路、B路的無功補償情況分析

(1)A路。A路皮帶電動機空載及帶載運行有關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

在表2中，需要說明的是:皮帶電動機空載或輕載時，自身有功功率很小、無功功率較大，無功補償后功率因數(shù)仍很低;隨著負載的提高，有功功率增大，無功功率基本不變，補償后總功率因數(shù)提高;在皮帶空載或輕載條件下，無功補償裝置容量(300 kV·A)嚴重不足;在皮帶負載升高至一定水平時，無功補償容量足夠。

表2 A路皮帶電動機空載及帶載運行有關(guān)數(shù)據(jù)

(2)B路。在2B和3B皮帶電動機開啟空載運行時(此時B路無其他負載)。觀察無功補償裝置投入前后電能表記錄的無功功率變化，補償前二次有功功率214 kW，無功功率398 kV·A，功率因數(shù)0.48，補償后二次有功功率 214 kW，無功功率107 kV·A，功率因數(shù)提高至0.89，即無功補償裝置補償值(300 kV·A)尚不足以將B路功率因數(shù)提高至0.9，當(dāng)B路上的4臺皮帶電動機全部運行時，無功功率缺口更大(注:實際系統(tǒng)電壓略低于無功補償裝置額定電壓，故無功補償實際容量略低于300 kV·A)。

功率因數(shù)基本公式為

式中:cos φ為功率因數(shù);P為有功功率;Q為無功功率。

分析結(jié)果如下:

1)不論是A路還是B路，在皮帶電動機空載或輕載運行時，其有功功率很小，而無功功率接近額定值，無功補償裝置容量(300 kV·A)是按照皮帶電動機有功負荷量最大、功率因數(shù)值達0.9設(shè)計的，在系統(tǒng)空載或輕載時，無功補償容量明顯相對不足，功率因數(shù)極低。

2)在燃料流量即皮帶有功功率升高至一定水平時，A路無功補償容量足夠?qū)⒐β室驍?shù)補償至0.9以上，而B路則因皮帶電動機本身的原因，無功負荷過大，即使在有功功率較高時，無功補償容量(300 kV·A)仍不足以將功率因數(shù)提高至0.9。

3)需根據(jù)A路和B路不同的無功功率消耗，重新優(yōu)化配置其無功補償容量。

2 無功補償容量優(yōu)化配置方案

2.1 A 路

A路需增加無功容量計算(功率因數(shù)目標值設(shè)定為0.97)，具體計算結(jié)果見表3。

表3 A路需增加無功容量計算結(jié)果

在表3中，需要說明的是:(1)皮帶電動機負載時的無功功率與空載相比變化極小，且10 kV母線電壓無變化、不致引起其他容性和感性負載的功率變化，皮帶電動機負載時系統(tǒng)無功負荷量與空載時的無功負荷量十分接近，因此，皮帶電動機負載時系統(tǒng)所缺無功容量可通過表3空載數(shù)據(jù)進行計算。(2)功率因數(shù)補償度在達到0.95～1.00時，功率因數(shù)調(diào)整電費獎勵比率均為0.75%，同時為防止無功過補償(過補的功率同樣以絕對值的方式積分累計入電表無功電量，因此“過猶不及”)，在這樣的情況下，可將無功補償目標值定為0.97。

2.2 B 路

A路與B路工況特性對比結(jié)果見表4。

表4 A路與B路工況特性對比 A

皮帶電動機1A和1B，2A和2B，3A和3B，4A和4B的額定功率、額定電流、額定功率因數(shù)等參數(shù)完全一致，但兩者的制造廠家不同、空載電流、空載有功功率、空載無功功率、空載功率因數(shù)等差距很大。主要原因為:B路皮帶電動機制造工藝不良，漏磁通大，主磁路磁導(dǎo)小、建立主磁場所需的無功電流大，導(dǎo)致無功消耗更多，在同等條件下，它比對應(yīng)的A路皮帶電動機無功消耗增大約50%。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，計算出10 kV A段(即A路皮帶)所需增加的無功補償容量為195 kV·A，取200 kV·A;10 kV B段(即B路皮帶)所需增加的無功補償容量為450 kV·A。

3 優(yōu)化配置改進實施

3.1 10 kV A段(A路皮帶)

根據(jù)算法，計入400 V側(cè)無功功率，根據(jù)實測結(jié)果，10 kV A段總無功負荷量為770 kV·A。將原設(shè)置于10 kV B段的無功補償容量(300 kV·A)變更移至10kV A段，與原設(shè)置于10kV A段的無功補償裝置(300 kV·A)，共計600 kV·A，共同構(gòu)成10 kV A段的無功補償容量。由于10 kV A段將出現(xiàn)2套300 kV·A無功補償裝置分組投切的情況，將2套補償裝置中原來控制單組300 kV·A的控制器中分別設(shè)定不同的投切延時，以實現(xiàn)整組300 kV·A+300 kV·A補償裝置根據(jù)10 kV A段無功負荷量的變化分組投切功能。

3.2 10 kV B段(B路皮帶)

根據(jù)上述算法，10 kV B段的無功需量為750 kV·A，考慮增設(shè)總?cè)萘繛?50 kV·A無功補償裝置1套，采用300 kV·A+450 kV·A分2組投切的方式。

3.3 避免“反復(fù)投切”

考慮到在A路或B路皮帶檢修時可能會出現(xiàn)1到2臺皮帶機試轉(zhuǎn)的情況，此時10 kV A段或B段無功負荷低于300 kV·A。為防止出現(xiàn)無功補償裝置投入即過補、隨即切除、然后再次投入再次切除的“反復(fù)投切”現(xiàn)象，在控制器內(nèi)層程序中設(shè)置無功補償投入的最低無功負荷門檻值為300 kV·A，即系統(tǒng)無功負荷量低于300 kV·A時，無功補償容量暫時不投入，系統(tǒng)無功負荷量高于300 kV·A時，無功補償分組投入。

3.4 改進實施效果

A路、B路皮帶的功率因數(shù)均達到了理想值(0.95～1.00)，如圖1、圖2 所示。

圖1 10 kV A段(A路)功率因數(shù)實時值(功率因數(shù)0.9760)

圖2 10 kV B段(B路)功率因數(shù)實時值(功率因數(shù)0.9998)

4 結(jié)論

本文基于大量的實際運行數(shù)據(jù)，在分析功率因數(shù)較低原因的基礎(chǔ)上，提出了無功補償容量的優(yōu)化配置方案，方案實施后，最大限度地提高了功率因數(shù)，節(jié)省了調(diào)整電費。因合理巧妙地利用了原有設(shè)備，既實現(xiàn)了功率因數(shù)0.95～1.00的理想數(shù)值，又很好地控制了設(shè)備系統(tǒng)改造投資。