零過渡過程動態(tài)無功補償裝置在電廠燃料碼頭的應(yīng)用

謝子騫

（廣東省粵電集團有限公司沙角C電廠，廣東東莞523936）

0 引言

在現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的過程中，節(jié)能減排越來越成為社會各界關(guān)注的焦點。實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，科學(xué)和有效的方法是關(guān)鍵。在發(fā)電廠生產(chǎn)運行過程當(dāng)中，其燃料廠用電系統(tǒng)表現(xiàn)出了無功功率變化非常頻繁的現(xiàn)象，而無功補償裝置能夠顯著地提高功率因數(shù)，有效解決燃料廠用電無功功率高等問題。下文就以零過渡過程動態(tài)無功補償裝置在發(fā)電廠燃料碼頭變壓器的應(yīng)用為例，對其進行分析和探討。

1 無功補償原理概述

三相三線系統(tǒng)的功率公式如下：

其中，φ為功率因數(shù)角，它是電壓U和對應(yīng)電流I的相位角。當(dāng)有功功率P和電壓U不變時，電流I與功率因數(shù)cosφ成反比，而線路的損耗與電流的平方成正比，因此提高功率因數(shù)對降低線路損耗有很大的幫助。

另一方面，視在功率的公式為：

S2=P2+Q2

其中，Q為系統(tǒng)中電源需要提供給感性負(fù)荷的無功功率，Qc為加裝無功補償裝置后補償?shù)臒o功功率，則加裝后電源需要提供的無功功率為Q1=Q-Qc，功率因數(shù)從cosφ提升到cosφ1，視在功率就由S減少到S1，電能的利用效率顯著提高。

2 零過渡過程動態(tài)無功補償?shù)募夹g(shù)特點

零過渡過程動態(tài)無功補償裝置的原理是，與電網(wǎng)視為一個有機的整體，以二相開關(guān)控制三相電路的大功率電力電子開關(guān)為執(zhí)行機構(gòu)，ARM嵌入式系統(tǒng)為控制單元，通過收集系統(tǒng)和無功補償裝置的電信息和零過渡條件，自動跟蹤、分析系統(tǒng)和無功補償裝置的運行狀態(tài)，以系統(tǒng)的無功功率實際變化，確定投切電容器組的組數(shù)，根據(jù)電磁能量守恒原理，在電容器無需放電的情況下，選擇在系統(tǒng)零過渡過程時刻動態(tài)投切電容器組，使電網(wǎng)的動態(tài)電流和電壓的非周期衰減分量接近零，從而實現(xiàn)零過渡過程動態(tài)無功補償。該裝置的技術(shù)特點如下：

（1）安全性：零過渡過程時刻動態(tài)投切電容器組，有效避免了投切電容器組時產(chǎn)生過電壓、過電流等問題，既延長了無功補償裝置的壽命，使其能達到3～4倍，又使系統(tǒng)其他設(shè)備壽命、效率提高。

（2）環(huán)保性：工作過程中，無功補償裝置自身不產(chǎn)生諧波、投切振蕩或涌流，不引起電壓波形畸變，反而對抗諧波并吸收部分諧波、抑制沖擊負(fù)荷引起的電壓波動有明顯效果，對提高電壓質(zhì)量能起到有效作用。

（3）動態(tài)性：電容器組投切過程中不需要電阻放電，這使其投切間隔響應(yīng)速度比現(xiàn)行的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提高3000倍以上，可快速、動態(tài)補償沖擊負(fù)荷，對抑制電壓劇烈波動，改善電壓質(zhì)量起到有效作用，從而實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量的提高。

（4）經(jīng)濟性：該裝置通過動態(tài)補償使高瞬間功率因數(shù)保持在0.98以上，從而使供用電裝置的出力加大、壽命延長、產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量提高，在給企業(yè)帶來直接可觀經(jīng)濟效益的同時，也間接帶來了巨大的社會效益。

3 零過渡過程動態(tài)無功補償裝置在電廠燃料碼頭的應(yīng)用實例

沙角C電廠燃料輸煤碼頭低壓廠用配電系統(tǒng)由燃料碼頭10/0.4kV變壓器提供，該變壓器是由ALSTHOM公司生產(chǎn)的CASTRESINCR86624系列產(chǎn)品，容量1000kVA，其主要的負(fù)荷有兩臺132kW的皮帶電機、除鐵器、照明及值班室用電等等。無功補償裝置接線圖如圖1所示。

圖1 無功補償裝置接線圖

此次項目于2016年12月開始，在燃料碼頭變低壓側(cè)安裝了容量為450kvar的零過渡動態(tài)無功補償裝置，安裝后設(shè)備調(diào)試正常，在來年的1月份正式投入運行。為了檢測無功補償裝置實際使用的節(jié)能效果，在現(xiàn)場碼頭變負(fù)荷高峰期間，廠家協(xié)同項目經(jīng)理使用“HIOKI3196電能質(zhì)量分析儀”采集了零過渡過程動態(tài)無功補償裝置前后的運行數(shù)據(jù)，其主要電能質(zhì)量及能效對比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 380V碼頭變壓器設(shè)備投運前后電能質(zhì)量及能效對比數(shù)據(jù)

表1中，降損率的計算方法采用電流對比法，即：通過計量降損措施實施前和實施后的兩種狀態(tài)，在同一負(fù)荷、同一時間、同一條件下輸出的總電流所產(chǎn)生的有功功率損耗之差與降損措施實施前的有功功率損耗之比計算降損率，并通過測出大、中、小三種負(fù)荷狀態(tài)的降損率取平均值，此值為平均降損率。計算公式為式（1）：

式中，I1i為降損措施實施前的總電流；I2i為降損措施實施后的總電流；ΔP為降損率。

通過上述實驗數(shù)據(jù)的對比和分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）節(jié)能降耗作用顯著：設(shè)備投運后380V碼頭變壓器電力需求（視在功率）從198kVA下降至135kVA。

（2）電能利用效率顯著提高：設(shè)備投運前后380V碼頭變壓器功率因數(shù)從0.69提高到0.99，達到了國務(wù)院〔2008〕23號文《關(guān)于進一步加強節(jié)油節(jié)電工作的通知》中有關(guān)功率因數(shù)在0.95以上的要求，電能利用效率提高30%。

（3）電壓質(zhì)量改善、電氣設(shè)備工作效率提高：設(shè)備投運后380V碼頭變壓器啟動瞬間最低工作電壓從382V提高至389V，運行期間平均工作電壓從412V提高至416V，改善了由于啟動瞬間電壓過低造成的電機啟動困難以及負(fù)荷末端工作電壓偏低的問題。

（4）電流顯著下降、降損明顯：設(shè)備投入后380V碼頭變壓器系統(tǒng)電流從277A下降至183A，降損率56%。

（5）電能質(zhì)量改善、電氣設(shè)備可靠性提高：補償裝置投入后380V碼頭變壓器平均功率因數(shù)為0.99，電壓不平衡率為0.48%，電壓波動率為0.97%，電壓諧波總畸變率U-THD%為0.79%，達到節(jié)能降耗目標(biāo)的同時，間接對電氣設(shè)備起到了保護作用，為設(shè)備的安全運行提供了保障。

4 結(jié)語

在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中，大量的無功功率會造成電能損耗，過度的電能損耗不利于提高電廠經(jīng)營水平，尤其是在當(dāng)下電力產(chǎn)能過剩、形勢日漸下行的大趨勢下。采用無功補償技術(shù)可通過有效提高功率因數(shù)來降低電氣設(shè)備的電能損耗，同時還可一定程度上提高電能質(zhì)量，降低設(shè)備故障率，延長電機等設(shè)備的壽命，這對發(fā)電廠經(jīng)濟效益的提高有著良好的促進作用。

［參考文獻］

[1]曹晉利.節(jié)能無功補償裝置在電廠循環(huán)水泵電機上的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2003，13（5）：86-87.

[2]陳妍妍，李曉明.零過渡過程動態(tài)無功補償與節(jié)能減排[J].廣西輕工業(yè)，2009（7）：33-35.

[3]賈建軍.無功補償節(jié)電原理及其在煤礦中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2016（12）：172-173.

[4]孔祥志.無功補償在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中應(yīng)用的研究[J].科技與企業(yè)，2014（13）：398.