工廠供電系統(tǒng)無功補償問題研究

何麗萍

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430415)

工廠供電系統(tǒng)無功補償問題研究

何麗萍

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430415)

對于工廠用電而言,工廠供電系統(tǒng)無功補償問題尤為重要。本文首先分析了工廠供電系統(tǒng)無功補償?shù)闹匾?其次,探討了無功補償提高功率因數(shù)的途徑,并將其應(yīng)用于某工廠供電系統(tǒng)中,得出結(jié)論:無功補償既能夠降低線路中的電壓波動和電壓損失,減少電能損耗和功率損耗,又能夠充分利用設(shè)備容量,增加輸電能力和有功輸出能力,進而達到提高供電質(zhì)量和節(jié)約電能的目的,值得推廣應(yīng)用。

工廠 供電系統(tǒng) 無功補償 節(jié)能

1 引言

據(jù)統(tǒng)計，70%以上的發(fā)電量都用于工業(yè)用電，在工業(yè)生產(chǎn)中，電氣設(shè)備和電力線路的電能損耗占工廠電能消耗的20%～30%。因此，節(jié)約用電就顯得尤為重要，而提高工廠供電系統(tǒng)的功率因數(shù)是一種較為有效的節(jié)能措施。根據(jù)國家的相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，高壓供電的工廠企業(yè)平均功率因數(shù)不低于0.95，而其他工廠企業(yè)不低于0.9，若無法達到，那么就必須開展無功補償，由此可見，工廠供電系統(tǒng)無功補償問題尤為重要。

2 工廠供電系統(tǒng)無功補償?shù)闹匾?/h2>

2.1 改善電能質(zhì)量

能否有效地配置工廠供電系統(tǒng)中的無功補償設(shè)備，會直接關(guān)系到供電電壓質(zhì)量。那么可以看出，如果我們能夠合理安裝無功補償設(shè)備，那么必然會改善工廠供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。

負荷(P+JQ)電壓損失△U，△U=(QX+PR)/U

式中，X——線路電抗，單位為Ω；P——輸送的有功功率，單位為kW； Q——輸送的無功功率，單位為kvar；U ——線路額定電壓，單位為kV；R 為線路電阻，單位為Ω；

將無功補償設(shè)備容量Q c安裝后，線路電壓損失就會由原來的△U降為△U1

△U1=[PR+( Q-Qc)]X/U

很明顯可以看出，△U1＜△U，換而言之，就是在將無功補償設(shè)備容量Qc安裝后，電壓損失減小了，減少了△U1-△U=QcX/U 。

由于線路電抗X的值越靠近線路末端越大，因此，將無功補償裝置安裝在靠近線路末端位置的效果較佳。

2.2 降低電能損耗

表1 1#變壓器投入無功補償器前后數(shù)據(jù)對比

表2 不同功率因數(shù)(cos φ )下的銅損的百分比

降低損耗節(jié)能是無功補償?shù)淖顬橹饕哪康模缒彻╇娤到y(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蔖為定值，在將無功補償設(shè)備加裝后，其功率因數(shù)由原來的cosφ提高到cosφ1，由于P=UIcosφ，cosφ與負荷電流I存在著反比關(guān)系，又由于P=I2R，可以看出，電流I的平方與線路有功損失存在著正比關(guān)系。一旦負荷電流I降低，cosφ升高，那么隨之而來的必然是線路有功損耗降低。此外，無功補償能夠讓功率因數(shù)提高，這樣一來，就會提高電動機的負載率，以及變壓器的供電能力。例如：某臺變壓器的功率因數(shù)cosφ=0.5，額定容量S=1 000 KVA，那么Pc(變壓器的供電能力)=S cosφ=500 KVA；若利用無功補償讓其功率因數(shù)變?yōu)?.8，那么Pc(變壓器的供電能力)也會由原來的500 KVA提高到800 KW。同理可以看出，若用電功率為定值，而變壓器的功率因數(shù)變大，那么其額定容量肯定會降低，這樣就大大提高了工廠供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量及穩(wěn)定性。

2.3 節(jié)省工廠企業(yè)的電費開支

通過無功補償來提高功率因數(shù)，無疑會大幅度提高工廠企業(yè)的經(jīng)濟效益，具體計算方法是W=(1+a%)(F1+F2)

式中a%——功率因數(shù)調(diào)整電費系數(shù)； F2——電量電費，單位為元； F1——基本電費，單位為元；W——當(dāng)月電費，單位為元。

2.4 功率獎勵的計算

工廠供電系統(tǒng)平均功率因數(shù)高于0.9，那么就會被供電部門給予一定的功率獎勵

Y=A (cosφ2-0.9) ×0.15%×K

式中：K——每度工業(yè)用電價格；cosφ2——無功補償后的功率因數(shù)；Y——功率獎勵，單位為元；A——工廠月用電量，單位為度。

3 無功補償提高功率因數(shù)的途徑

3.1 用同步補償器作無功補償

同步補償器是空載運行的同步電動機，當(dāng)其處于欠勵磁運行狀態(tài)下，就會向電力系統(tǒng)吸取無功功率；當(dāng)其處于過勵磁運行的狀態(tài)下，就會自動向電力系統(tǒng)供給無功功率。但是同步補償器通常會附有起動控制設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資成本大，維護工作量大，一般而言，對容量較大、長期連續(xù)工作、恒速、低速的電動機較為適用，但是不宜用于小容量的高速同步電動機，既不能有效改善功率因數(shù)效果明顯，且極度不經(jīng)濟。

3.2 提高自然功率因數(shù)

(1)電磁開關(guān)選用無壓運行的類型；

(2)對工藝流程進行合理優(yōu)化，避免電動機、機床、電焊機空轉(zhuǎn)；

(3)防止變壓器在低負荷下長期運行；

(4)對異步感應(yīng)電動機、輕負荷感應(yīng)電動機的容量和型號予以合理選用，使其接近滿載運行。

3.3 用靜電電容器作無功補償

靜電電容器又被稱為電力電容器或移相電容器，當(dāng)其與變壓器、電動機產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，就會自動抵消(補償)電壓感性電流相。將靜電電容器與用戶線路并聯(lián)后，即可大幅度降低前端電網(wǎng)上的無功電流，進而補償無功消耗。用靜電電容器作無功補償，具有經(jīng)濟方便、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，其補償方式分為三種，分別是集中補償、分組(分散)補償和個別補償。

(1)個別補償。個別補償也被稱為隨機補償，是將電動機的引出線端子直接與靜電電容器相連，二者共用一套開關(guān)設(shè)備。個別補償?shù)膬?yōu)點：第一，能夠降低電動機的啟動電流；第二，能夠減少配電網(wǎng)及配電變壓器的功率損耗；第三，能夠降低低壓配電線路、配電變壓器、供電網(wǎng)的負荷電流；第四，能夠降低開關(guān)設(shè)備、配電變壓器等容量。

············

(2)低壓分組補償。低壓分組補償是指在工廠車間變配電室母線上安裝靜電電容器，低壓分組補償既能夠降低所需電容器的總?cè)萘?，又能夠提高靜電電容器的利用率。同時，低壓開關(guān)及保護裝置易于自動控制，且價格低，可以讓配電變壓器、高壓線路的無功功率損耗，以及車間主變壓器的視在功率大幅度減少，值得注意的是，如果能夠在配電箱及低壓用電設(shè)備附近設(shè)置無功補償設(shè)備，那么補償效果通常會更佳。

(3)高壓集中補償。高壓集中補償是指在工廠總降壓變電所的6～10kV母線上安裝靜電電容器，高壓集中補償?shù)睦寐矢?、運行可靠，且易于安裝靜電電容器，但是高壓開關(guān)及保護裝置價格較高，且很難降低工廠內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的無功功率，因此，高壓集中補償?shù)慕?jīng)濟效果要遠遠差于個別補償和低壓分組補償。

如果要統(tǒng)盤考慮個別補償、低壓分組補償、高壓集中補償這三種補償方式，首先，個別補償適用于距離電源較遠或長期穩(wěn)定運行的中小型感應(yīng)電動機；其次， 低壓分組補償適用于各配電饋線(尤其是負荷分布較為集中的)；最后， 高壓集中補償適用于配電容量較大、高壓用電設(shè)備數(shù)量較多的車間，這樣一來，既可以確保電壓質(zhì)量，提高全廠的功率因數(shù)，又能夠讓工廠內(nèi)部的功率損耗大幅度降低，以便能夠獲得較佳的節(jié)能效果。

4 工廠實際應(yīng)用

由表1可以看出，某工廠1#變壓器投入無功補償器前后對比，功率因數(shù)由原來的0.791提高到了0.998，差值為0.207；而C 相電流、B相電流、A相電流分別降低了99A、85A、81A。隨著電流的減少，線路損耗及變壓器損耗都明顯降低。

由表2可以看出，銅損率隨著功率因數(shù)的增高而降低，進而增強了變壓器的帶載能力，另外，國家法律法規(guī)明確規(guī)定，若工廠供電系統(tǒng)平均功率因數(shù)高于0.9，則會相應(yīng)減收電費以示獎勵；若工廠供電系統(tǒng)平均功率因數(shù)低于0.9，則會相應(yīng)增收電費，甚至停止供電，以示懲罰。

5 結(jié)語

總之，功率因數(shù)是工廠供電系統(tǒng)經(jīng)濟效益的主要衡量指標。工廠供電系統(tǒng)無功補償既能夠降低線路中的電壓波動和電壓損失，減少電能損耗和功率損耗，又能夠充分利用設(shè)備容量，增加輸電能力和有功輸出能力，進而達到提高供電質(zhì)量和節(jié)約電能的目的，值得推廣應(yīng)用。

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