高壓并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置在鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)的應(yīng)用理論與實(shí)踐分析

董立剛

【摘 ?要】利用電容補(bǔ)償改造鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)，提高供電網(wǎng)路功率因數(shù)，減少無功損耗，提高供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行，改善設(shè)備運(yùn)行電壓，延長設(shè)備使用年限。電容補(bǔ)償方法與所需電容容量的選擇。

【關(guān)鍵詞】電容器;介質(zhì)和極板;變壓器;電容容量;有功功率;無功功率;視在功率

引言

在鋼鐵企業(yè)安全生產(chǎn)過程中，鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)負(fù)載多，尤其煉鐵車間，煉鋼車間，負(fù)載功率因數(shù)低，無功功率的存在造成有功損耗增大，供電網(wǎng)路功率因數(shù)的高低直接影響鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及供電網(wǎng)路的安全運(yùn)行。在鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)中，存在用電設(shè)備多，分布廣，供電電纜線路長，造成供電線路損耗大;用電設(shè)備大多感性負(fù)載，造成功率因數(shù)低，無功功率損耗大，所需變壓器的容量增大，造成投資增大;用電設(shè)備頻繁起動，造成供電網(wǎng)路電壓不穩(wěn)定，影響供電網(wǎng)路安全運(yùn)行。因此鋼鐵廠供電系統(tǒng)利用電容補(bǔ)償有利于提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電壓，降低損耗，對供電安全運(yùn)行、提高經(jīng)濟(jì)效益具有主要作用。

1.并聯(lián)電容器裝置的特點(diǎn)意義

電壓質(zhì)量是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它的好壞不僅關(guān)系向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣而且還直接影響電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電壓質(zhì)量主要取決于電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理，若無功電源容量不足，系統(tǒng)運(yùn)行電壓將難以保證。

隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，對電網(wǎng)無功功率的要求也與日增加。網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)和電壓的降低會使電氣設(shè)備得不到充分利用，從而降低網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好電網(wǎng)無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，從而節(jié)約電能，對提高運(yùn)行質(zhì)量具有非常重要的意義。

1.1 無功補(bǔ)償可提高功率因數(shù)

1.2 無功補(bǔ)償可降低輸電線路及變壓器的損耗

電能從發(fā)電廠傳輸?shù)接秒娫O(shè)備，在輸變電設(shè)備中所產(chǎn)生的有功功率損耗叫作電網(wǎng)損耗，簡稱線損。它是表征整個(gè)電網(wǎng)建設(shè)、管理、運(yùn)行水平的一個(gè)重要的綜合指標(biāo)。

1.3 無功補(bǔ)償可改善電壓質(zhì)量

當(dāng)線路中，無功功率Q減小以后，電壓損失ΔU也就減小了。在線路中因?yàn)榫€路感抗XL >>線路的總電阻R，因此，無功功率Q對線路電壓變化的影響因素比有功功率P要更大。在供電設(shè)備的容量（即視在功率S）一定時(shí)，若補(bǔ)償前功率因數(shù)角為φ1，供電電設(shè)備能提供的最大有功功率為P，如果補(bǔ)償后（補(bǔ)償容量ΔQ=Q1-Q2）功率因數(shù)角減小到φ2，則設(shè)備能提供的最大有功功率P也隨之增大到P+ΔP?？梢?，無功補(bǔ)償提高了供電設(shè)備的有功出力。

2.并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)姆纸M形式

2.1集中補(bǔ)償

電容器組集中裝設(shè)在鋼鐵企業(yè)總降變電所的6-10KV母線上，用來提高整個(gè)變電所的功率因素，使該變電所在供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡。這種方式可以減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。

2.2分散補(bǔ)償

電容器組分別裝設(shè)在功率因素較低的煉鐵車間，煉鋼車間或者變電所或電網(wǎng)母線上，這種方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，但無功補(bǔ)償容量和范圍相對較小，而降損效果更加明顯，因而采用的比較普遍。

2.3就地補(bǔ)償

電容器或者電容器組裝設(shè)在異步電動機(jī)或感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無功補(bǔ)償，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，既能提高用電設(shè)備供電回路功率因素，又能改善電壓質(zhì)量適用于中小型設(shè)備。

3.并聯(lián)電容補(bǔ)償在鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)的電容容量的選擇

并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的選擇，可根據(jù)使用目的不同，從提高功率因數(shù)需要、提高運(yùn)行電壓和降低線路損失等因素來確定。

3.1 ?從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量

按改善功率因數(shù)確定補(bǔ)償容量的方法簡便、明確，為國內(nèi)外所通用。按改善功率因數(shù)確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，cosφ1應(yīng)采用最大負(fù)荷月平均功率因數(shù)， cosφ2確定必須適當(dāng)。通常，將功率因數(shù)從0.9提高到1所需的補(bǔ)償容量，與將功率因數(shù)從0.72提高到0.9所需的補(bǔ)償容量相當(dāng)。因此，在功率因數(shù)高的情況下進(jìn)行補(bǔ)償，其效率明顯下降。這是因?yàn)樵诟吖β室驍?shù)下，cosφ曲線的上升率變小，因此，提高功率因數(shù)所需的補(bǔ)償容量將要相應(yīng)的增加。

3.2從提高運(yùn)行電壓需要來確定補(bǔ)償容量

在配電線路的末端，特別是重負(fù)荷、細(xì)導(dǎo)線的線路運(yùn)行電壓較低，加裝電容器以后，可以提高運(yùn)行電壓，這就可能在補(bǔ)償電容過大時(shí)產(chǎn)生過電壓，選擇多大的補(bǔ)償電容合理是個(gè)問題。此外，在網(wǎng)絡(luò)電壓正常的線路中，裝設(shè)電容時(shí)，網(wǎng)絡(luò)電壓的壓升也不能越限。為了滿足這一約束條件，也必須求出無功容量Q與網(wǎng)絡(luò)電壓增量△U之間的關(guān)系。

4.高壓并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐

4.1河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵有限公司1800噸煉鐵高爐的應(yīng)用

2005年10月在河鋼集團(tuán)宣化鋼鐵有限公司1800噸煉鐵高爐，安裝了一套GWBZ-10無功自動補(bǔ)償裝置，安裝總?cè)萘?000kvar，分5組自動投切。補(bǔ)償裝置投運(yùn)后，自動跟蹤負(fù)荷變化，功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95～0.98。負(fù)荷高峰時(shí)，總電流由補(bǔ)償前的380A減小到310A，大大降低了線路損耗，平均每年減少電量費(fèi)近30萬kWh，效果非常顯著。

4.2江蘇鑌鑫鋼鐵集團(tuán)煉鐵車間的應(yīng)用

江蘇鑌鑫鋼鐵集團(tuán)煉鐵車間，兩段母線原各有一組固定電容器，由于補(bǔ)償容量不足，負(fù)荷變化大且頻繁功率，致使無功嚴(yán)重不足，因數(shù)最低時(shí)僅有0.61，電壓波動大，母線電壓經(jīng)常超限，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。2006年6月對該補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行了改造，每段母線各安裝一套GWBZ-6補(bǔ)償裝置，每套總?cè)萘?200kvar，采用基礎(chǔ)容量加調(diào)節(jié)容量的分組方式。具體方案是：把其中的1200kvar作為基礎(chǔ)容量固定補(bǔ)償，用單獨(dú)的開關(guān)柜控制。其余3000kvar平均分成5組，每組600kvar，作為調(diào)節(jié)容量，分組循環(huán)投切。用一臺控制器對兩臺主變和兩段母線的10組電容器進(jìn)行綜合控制。改造設(shè)備投運(yùn)后，功率因數(shù)控制在0.94～0.98，也保證了電壓穩(wěn)定，年統(tǒng)計(jì)電壓合格率由原來的96.6%提高到了99.7%，滿足了設(shè)備的正常運(yùn)行，效果十分明顯。

4.3唐山鑫達(dá)鋼鐵集團(tuán)煉鋼車間的應(yīng)用

唐山鑫達(dá)鋼鐵集團(tuán)煉鋼車間2012年7月新建110/10.5kV變電站，需要設(shè)計(jì)安裝補(bǔ)償裝置，考慮負(fù)荷經(jīng)常變化，選用了可分組投切的高壓并聯(lián)電壓無功綜合自動調(diào)節(jié)裝置。裝置總?cè)萘?000kvar，平均分成6組，每組1000kvar，為抑制五次以上諧波，每組配用電抗率6%的串聯(lián)電抗器。對主變調(diào)壓和電容器投切進(jìn)行綜合控制。設(shè)備投運(yùn)后，電壓合格的基礎(chǔ)上，平均功率因數(shù)0.95。由于采用電壓無功綜合控制，主變有載調(diào)壓開關(guān)的動作次數(shù)明顯少于其它同類設(shè)備，提高了系統(tǒng)的安全運(yùn)行系數(shù)，設(shè)備運(yùn)行效果明顯。

5.結(jié)語

選用合理的電容容量補(bǔ)償鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)，變電站總降，及煉鐵車間高爐，煉鋼車間供電系無功功率，可提高功率因數(shù)，提高設(shè)備出力，降低無功功率損耗和電能損失，改善鋼鐵企業(yè)供電系統(tǒng)供電質(zhì)量，利于供電網(wǎng)路的安全運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)無功補(bǔ)償前功率因數(shù)為0.6～0.75，補(bǔ)償后提高到0.9～0.95時(shí)，可提高井下供電設(shè)備與電纜的供電能力約30～40%;降低供電系統(tǒng)損耗，一般可減少變壓器線路損失30～50%;減少供電系統(tǒng)電壓降，提高電網(wǎng)質(zhì)量，減少機(jī)電事故;對供電距離遠(yuǎn)的負(fù)載，可減少電網(wǎng)電壓降4～5%，電動機(jī)起動力矩和過載能力增加。

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