提高生产企业电网功率因数实现节能增效

2011-11-15陈继和陆海鹏杨夕林

石油石化节能 2011年5期

关键词：功率因数变电所电容器

陈继和陆海鹏杨夕林

（1.大庆中蓝石化有限公司；2.大庆油田电力集团电力工程设计院）

提高生产企业电网功率因数实现节能增效

陈继和1陆海鹏1杨夕林2

（1.大庆中蓝石化有限公司；2.大庆油田电力集团电力工程设计院）

在供电过程中，用户功率因数的高低，直接关系到电网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和供电质量。介绍了大庆中蓝石化有限公司通过对影响企业电网功率因数的主要因素以及无功补偿方式的分析，采用安装并联移相电容器组的方式进行功率因数补偿，补偿后功率因数从0.87提高到0.95，每年减少线损230×104kW·h，节约电费1.426×104元。

功率因数移相电容器节约电能线损

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.05.014

功率因数是指电网传输负荷有功功率的百分比。在电网的运行中，希望功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分地发挥发、供电设备的生产能力，减少线路损失，改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于用电企业，若能有效地搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地减少电能损失，降低企业生产成本，其社会效益及经济效益都会非常显著。

1 影响功率因数的主要因素

功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率；当有功功率一定时，如减少无功功率，则功率因数便能够提高；在极端情况下，当无功功率为0时，则其功率因数为1；因此，提高功率因数的实质就是减少用电设备的无功功率需要量[1]。下面就影响功率因数的主要因素进行介绍分析。

（1）异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素，而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成的；所以，要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

（2）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快；当供电电压为额定值的110%时，无功功率将增加35%左右；当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高，但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

（3）电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

2 提高功率因数采取的措施

大庆中蓝石化有限公司是一家大型石油化工企业，其电力总装机容量46000 kVA，设有一个110 kV变电站、5个6 kV区间变电所，共有电力变压器36台，年用电量2.3×108kW·h。公司采取了提高功率因数的措施并收到了一定的效果。

2.1 提高自然功率因数

提高自然功率因数主要是靠提高变压器、电动机负载率，调整负荷结构，降低变压器、电动机的空载和低载运行，使功率因数达到最佳。

2.2 并联移相电容提高功率因数

由于公司实际生产工艺中没有使用同步电动机，所以采用并联移相电容器的方式进行功率因数补偿。

2.3 补偿方式的选择

根据移相电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压成组补偿和低压分散补偿三种方式。

（1）高压集中补偿是将高压移相电容器集中装设在变配电所的6 kV母线上，这种补偿方式只能补偿6 kV母线前（电源方向）所有线路上的无功功率，而此母线后的厂内线路没有得到无功补偿；所以，这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。

（2）低压分散补偿，又称个别补偿，是将移相电容器分散地装设在各个车间或用电设备的附近，这种补偿方式能够补偿安装部位前的所有高低压线路和变电所主变压器的无功功率；因此，它的补偿范围最大，效果也较好。但是这种补偿方式总的设备投资较大，且电容器在用电设备停止工作时，它也一并被切除，所以利用率不高。

（3）低压成组补偿是将移相电容器装设在车间变电所的低压母线上，这种补偿方式能补偿车间变电所低压母线前的车间变电所主变压器和厂内高压配电线及前面电力系统的无功功率，其补偿范围较大。由于这种补偿能使变压器的视在功率减小从而使变压器容量选得小一些，比较经济，而且它安装在变电所低压配电室内，运行维护方便。

综合以上三种补偿方式的优缺点，根据公司的实际情况，选择了低压成组补偿方式。

2.4 补偿容量的确定

对于车间变电所，安装的容性无功量应等于装置所在母线上的负载按提高功率因数所需补偿的容性无功量与变压器所需补偿的容性无功量之和。

负载所需补偿的装置容量按式（1）考虑[2]：

式中：

Qc1——负荷所需补偿的容性无功量，kvar；

P——母线上的平均有功负荷功率，kW；

ϕ1——补偿前的功率因数角；

ϕ2——补偿后的功率因数角。

变压器所需补偿的装置容量按式（2）考虑：

式中:

Qc2——变压器所需补偿的容性无功量，kvar；

UK——变压器阻抗电压的百分数，%；

IO——变压器空载电流的百分数，%；

Se——变压器额定容量，kVA。

2.5 低压成组补偿设备的选择

选择补偿设备，应在充分考虑安全性的同时，根据实际情况，从实用性、可靠性入手，将费效比最大化。一是投切方式的选择:电容投切有两种方式，人工投切和自动投切。人工投切对运行人员是件繁重的工作，且难以实现及时准确的操作，影响供电电压质量。采用自动投切方式，通过自动跟踪功率因数变化合理选择电容组数，还能在功率因数超前时快速切除已投电容；在实际应用中，这种控制方式能满足生产要求。二是移相电容器的选择：选用的电容器为BSMJ0.380-16-3型自愈式移相电容器，其额定工作电压380 V，容量16 kvar，采用三相三角形接法，具有自放电功能，最高过电压为110%额定电压，最高过电流是130%额定电流。

2.6 补偿效果

一些主要电动机补偿情况见表1。

表1 电动机功率因数补偿

通过对供配电系统安装并联移相电容器组，向电网提供可阶梯调节的容性无功，补偿多余的感性无功，使实际功率因数提高到0.95以上；同时，设备利用率提高了10.4%，改善了供电质量，补偿效果明显。从节约电费角度分析，以线损为例，年用电量约为2.3×108kW·h，补偿前线损率约为5%，补偿后功率因数从0.87提高到0.95，每年可减少线损约为230×104kW·h；按0.62元/kW·h计算，可节约电费142.6×104元，加上电力系统功率因数奖100×104元，每年共计节约电费242.6×104元。