工廠供配電系統(tǒng)中關(guān)于無功補(bǔ)償技術(shù)的研究

顏志婷

（湖南漣鋼工程技術(shù)有限公司，湖南 婁底 417009）

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，工業(yè)生產(chǎn)對于電能的要求越來越高，這就需要工廠供配電系統(tǒng)不斷優(yōu)化升級。優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)在于降低供配電系統(tǒng)的能源損耗，提高其運(yùn)行效率。無功補(bǔ)償技術(shù)對于配電系統(tǒng)優(yōu)化升級具有重要意義[1－2]。合理運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)能夠有效提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，提升無功功率、降低有功功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工廠供配電系統(tǒng)整體供電質(zhì)量的提升。當(dāng)前，應(yīng)用比較普遍的無功補(bǔ)償方式有三種，即集中式補(bǔ)償、分布式補(bǔ)償、就地式補(bǔ)償，常用的無功補(bǔ)償裝置有并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、無功發(fā)生器等[3]。無功補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于正確運(yùn)用補(bǔ)償方式和補(bǔ)償裝置[4－5]。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)的意義

1．1 降低工廠電費(fèi)成本

工廠供配電系統(tǒng)向生產(chǎn)設(shè)備傳輸?shù)墓β拾擞泄β屎蜔o功功率兩部分。電費(fèi)成本的計(jì)算是不區(qū)分無功功率和有功功率的，只要有功率輸出就會產(chǎn)生電費(fèi)成本[6]。在電能的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，無功功率并不會對生產(chǎn)活動產(chǎn)生任何積極性作用[7]。因此，必須通過無功補(bǔ)償技術(shù)降低無功功率，提高功率因數(shù)，從而降低由于無功功率損耗而造成的這部分電費(fèi)成本[8]。在工業(yè)生產(chǎn)中，電費(fèi)是一筆較大的成本支出，科學(xué)、合理地應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)能夠在消耗一定電能的前提下更多完成生產(chǎn)任務(wù)，對實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化起到積極的作用[9]。

1．2 提升電壓質(zhì)量

在保持有功功率恒定的前提下，如果將功率因數(shù)提高，就需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。有功功率由電壓和電流有效值乘積得到，此外系統(tǒng)中還存在無功功率和視在功率，他們之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 有功功率、視在功率、無功功率關(guān)系

有功功率、無功功率、視在功率三者之間的關(guān)系：

如圖1所示，提高功率因數(shù)，降低無功功率，視在功率也會降低。也就是說，將功率因數(shù)提升后，所需要的容量也會降低[10]。對工廠供配電系統(tǒng)采用了無功補(bǔ)償技術(shù)后，能夠有效改善電壓質(zhì)量，降低了無功功率所占的比例，一定程度上使得系統(tǒng)的電壓損失有所降低，能夠保證系統(tǒng)的電壓保持在更穩(wěn)定的狀態(tài)，提高了整個工廠供配電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性；使得工廠設(shè)備的工作穩(wěn)定性增加，降低了由于供電電壓不穩(wěn)定造成的經(jīng)濟(jì)損失的概率[11]。

1．3 有利于變壓器選型

工廠供配電系統(tǒng)是否采用無功補(bǔ)償技術(shù)，直接影響到變壓器的選型，如果不采用無功補(bǔ)償技術(shù)，則無功功率會比較高，導(dǎo)致視在功率也比較高，那么就會要求變壓器的容量較大。如果采用無功補(bǔ)償技術(shù)，則無功功率會比較低，導(dǎo)致視在功率也比較低，那么就會要求變壓器的容量較小[12]。小容量的變壓器優(yōu)勢顯著，能耗較低，采購價格也比較便宜，能夠進(jìn)一步控制生產(chǎn)經(jīng)營成本。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)分析

2．1 無功補(bǔ)償方式

無功補(bǔ)償技術(shù)在工廠配電系統(tǒng)中的應(yīng)用可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，要基于不同無功補(bǔ)償方式的特點(diǎn)及工廠的實(shí)際補(bǔ)償需求來確定無功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式。

（1）高壓集中補(bǔ)償方式。這種方式是將無功補(bǔ)償裝置安裝在變壓器的高壓母線上，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓母線上無功損耗的降低，該補(bǔ)償方式接線簡單。

（2）低壓集中補(bǔ)償方式。這種方式是將無功補(bǔ)償裝置安裝在變壓器的低壓母線上，能夠?qū)崿F(xiàn)低壓母線上無功損耗的降低，該補(bǔ)償方式接線簡單。

（3）分布式補(bǔ)償方式。這種方式的實(shí)現(xiàn)需要根據(jù)實(shí)際情況來確定，無功補(bǔ)償裝置通常情況下都會配置在工廠變電所的低壓配電線路上或者低壓配電母線上，具體的配置情況需要根據(jù)負(fù)荷的實(shí)際分布情況來確定，這種補(bǔ)償方式的自動化程度較高，在大型工廠中的應(yīng)用較為普遍。

（4）就地式補(bǔ)償方式。這種方式的針對性很強(qiáng)，補(bǔ)償效果好。當(dāng)某工廠存在能耗大，負(fù)荷平穩(wěn)的設(shè)備時，可以直接將無功補(bǔ)償設(shè)備配置在這個設(shè)備附近；這種方式也具備一定的局限性，設(shè)備成本高，且不具備普遍性，在應(yīng)用時還需要與其他補(bǔ)償方式相互配合。

四種無功補(bǔ)償方式的特點(diǎn)如表1所示。

表1 四種無功補(bǔ)償方式特點(diǎn)

2．2 無功補(bǔ)償設(shè)備分析

應(yīng)用于工廠供配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置大致可以分為三種，即常規(guī)補(bǔ)償裝置、串聯(lián)電抗器以及無功發(fā)生器。在對工廠供配電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)臅r候需要根據(jù)實(shí)際情況選擇一種或幾種無功補(bǔ)償裝置。應(yīng)用比較廣泛的補(bǔ)償裝置特性表如表2所示。

表2 幾種無功補(bǔ)償裝置特性表

但從性能角度考慮，靜止無功補(bǔ)償器和電力有源濾波器是進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)氖走x裝置，但在實(shí)際中需要結(jié)合成本及系統(tǒng)的無功補(bǔ)償需求，綜合考慮多方面因素。負(fù)荷變化快的情況，采用調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置；負(fù)荷較為穩(wěn)定的情況，采用靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置；復(fù)雜情況時要根據(jù)實(shí)際情況選用綜合補(bǔ)償裝置。

3 補(bǔ)償容量計(jì)算

通過對多個工廠的無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，無功補(bǔ)償技術(shù)能夠?qū)┡潆娤到y(tǒng)的負(fù)荷分布產(chǎn)生一定的影響。在計(jì)算無功補(bǔ)償容量時，必須以系統(tǒng)所能夠承擔(dān)的負(fù)荷的上限值作為基本依據(jù)，并運(yùn)用相應(yīng)的計(jì)算方法得到具體的補(bǔ)償容量數(shù)值。通常情況下都以工廠的年度最大負(fù)荷月份的有功功率均值和無功功率均值作為計(jì)算基準(zhǔn)。

Pavg為工廠最大負(fù)荷月份的有功功率平均值，Qavg為工廠最大負(fù)荷月份的無功功率平均值，tanθ1為無功補(bǔ)償前的功率角，tanθ2為無功補(bǔ)償后的功率角。

4 實(shí)例分析

對某工廠的供配電系統(tǒng)采用無功補(bǔ)償技術(shù)，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，科學(xué)合理地運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的有效提高，還能夠降低供電線路的電壓損失，從而實(shí)現(xiàn)整個供配電系統(tǒng)整體性能的提高。供配電系統(tǒng)中電容電壓的平方與輸出的無功功率呈現(xiàn)正比例關(guān)系。當(dāng)電容器上的電壓有所提升時，輸出的無功功率也會相應(yīng)提升，如果設(shè)備的無功功率繼續(xù)提升的話，則電容器上的電壓也會繼續(xù)提升。當(dāng)電容器上的電壓有所降低時，輸出的無功功率也會相應(yīng)降低，如果設(shè)備的無功功率繼續(xù)降低的話，則電容器上的電壓也會繼續(xù)降低，從而導(dǎo)致整個供配電系統(tǒng)的電壓也會顯著降低，但是工廠供配電系統(tǒng)的電壓波動允許范圍為－10%～＋10%，所以無功補(bǔ)償設(shè)備需要與變壓器進(jìn)行協(xié)同配合才能完成無功補(bǔ)償工作，整體上提升工廠供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低工廠供配電系統(tǒng)的無功損耗，從而實(shí)現(xiàn)供電質(zhì)量的提升。

5 結(jié)論

對工廠供配電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，對于提升供配電系統(tǒng)的性能具有重要意義，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升，還能夠提升電壓穩(wěn)定性。為了保證無功補(bǔ)償技術(shù)充分發(fā)揮功效，本文對不同類型的無功補(bǔ)償方式和無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行了深入分析，結(jié)合工廠供配電系統(tǒng)的實(shí)際需求，制定了科學(xué)合理的無功補(bǔ)償方案，達(dá)到了提升供電質(zhì)量、降低供電成本的目的。本文的研究和分析能夠?qū)S制定供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償方案提供參考。