企业供配电系统节电措施

2014-02-26常建辉

中国设备工程 2014年2期

关键词：节电功率因数变电所

常建辉，靳华

（独山子天利实业总公司，新疆克拉玛依 833600）

一、前言

企业做好节电降耗工作意义重大，只有电力得到了有效利用和效率转换，才能节约电能。这就需要强化供配电管理，力求输入输出能耗降到最小，充分发挥发、供、配电系统能力，提高能源开发、转换、利用效率，调动各种积极性，使节电工作落到实处、取得实效。

二、电力无功补偿意义重大

1.现实情况

目前许多企业供电系统的无功功率补偿，主要采取在总变压站进行高压集中补偿方式。在各分厂变电站和用户端，轻视无功补偿，功率因数普遍较低。

2.电力无功的产生

一般工厂主要用电设备是变压器和交流异步电动机等，这些设备均是根据电磁感应原理工作的，需建立交变磁场才能进行能量的转换和传递，而同时这些设备还需要电网供给电感性的磁化电流。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，因此，功率因数越大越好。这样电路中的无功功率应降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。无功电流通过输配电设备时将增加电能消耗和电压降。可见设法平衡无功功率消耗，就可以使视在功率S趋于有功功率P，提高电利用率。

3. 电力无功补偿的潜力

企业分厂级变电站和用户端实际功率因数较低，会使大量无功环流在企业内部循环，这将使变压器和供电线路电流增大，有功损耗增加、末端供电质量下降。当导致电压严重降低波形畸变时，会造成电器设备误动作及设备损坏。电压降低还会使电动机转矩显著下降。大量感性负载还会造成电网供电能力下降。工厂中电力无功主要耗用设备是电动机和变压器。其中异步电动机消耗的无功总耗一般占全厂无功总耗的60%以上，变压器则占20%以上，据统计，当功率因数cosφ由0.7提高到0.9后，电能总消耗将由8%降低到5%，即可以节约总电量的3%。分厂、车间级变电站实际功率因数较低，还会使变压器的供电能力下降。如：1台变压器的额定容量Se为2 000kVA，当功率因数cosφ为0.6时，变压器的供电能力Pe=Se×cosφ=下。当导×0.6=1 200kVA；当采取补偿措施使cosφ为0.9时，变压器的供电能力Pe可提高到1 800kVA。同理，当用电功率一定时，cosφ提高可使选用变压器的额定容量减小；电动机运行功率因数由0.7补偿到功率因数为0.9时，需电网提高的供用电能力也将减小达20%。

4. 企业提高功率因数的途径

(1)利用移相电容器产生超前电网电压90°容性电流特性，与电动机、变压器产生滞后电网电压90°感性电流相抵消(补偿)作用，在用户线路上分别适当并联移相电容器，可使前端电网上的无功电流大大降低。即原则上无功消耗应从源头补偿，移相电容器作为一种补偿设备，宜安装在靠近用电设备的分厂、车间变电所低压母线侧。对于容量较大、运行稳定的异步电动机应采用就地安装无功补偿装置方法。而各总变电站宜适量补充高压集中补偿装置，用以调整供电入口处的功率因数达到电力部门规定要求。

(2)为适应工厂生产过程中负荷的变化，分厂、车间变电所低压母线侧安装的移相电容器，应分成若干组并采用自动控制投切方式，以保证全厂的功率因数在各种工作状况下都能保持较高数值。

(3)根据生产使用要求选择和调整最适宜的设备和最合理的容量，使变压器和电动机在经济状态下运行，避免大马拉小车和设备长期空载运行，提高用电设备的自然功率因数。这样可相应减少无功补偿设备容量投入，降低无功补偿设备投资。

(4)利用同步电动机在一定条件下许可向电网输出无功，起到无功补偿作用特点，对不要求调速的较大型机械在作经济比较后，优先采用同步电动机。

(5)无功补偿容量的合理选择。

当无功补偿容量达到完全补偿时，此时cosφ=1，节电效果最大。但此时易发生过补偿，反而会使节电效果降低。通过计算可以得到，当所选无功补偿容量为完全补偿容量的70%时，节电效果仍可达到最大节电效果的91%，此时cosφ≈0.95。这样即可减少30%无功补偿容量的投资，又能达到较好的节电效果。所以功率因数值选择0.9～0.95最适宜。

(6)无功补偿装置产生的作用与效益。

供配电网络电感性负载的无功补偿，原则上从源头来解决，是科学和高效的方法，在发达国已经被普遍接受。但我国还不能有效应用，主要原因是利益区分模糊所至。为了解无功补偿装置的投资回收期长短，引入无功经济当量概念：在电力网上的某一点采用无功补偿装置来提高功率因数，可使有功功率损耗减少，其节电效果的大小，用无功经济当量K来衡量。即：K=DP/DQ(kW/kvar)，经过计算投入无功补偿装置的位置不同，其无功经济当量K值不同。工厂企业变电所到用电设备无功经济当量K值通常在0.02～0.15kW/kvar。由发电厂220kV或110kV直接供电的企业变电所K=0.02～0.04；经过二级变电供电的企业变电所K=0.05～0.07；经过三级变电供电的企业变电所K=0.08～0.1；用电设备端的K值在0.1～0.15kW/kvar之间。所以补偿越接近用电端节电效果越显著。例如：制品厂2#变压器安装就地补偿装置，经电平衡测试计算得到数据如表1所示。

表1

补偿后效益十分可观，可从以下几点进行分析。

补偿后电流下降100A、电压升高10V、无功功率减少132kvar 、功率因数提高到了0.95、电机出力增加8kW、根据无功经济当量来计算节电，取无功经济当量K值为0.1。该变压器年运行8 760h，年节电量为132×0.1×降00A=115 632kW·h。如果按工业电费0.36元/kW·h计算，年节电费用节电用41元。

由于电流下降，功率因数提高，可以提高变压器带负荷能力。

由于电流下降，还可延缓用电设备的使用寿命，节约维修费用。

(7)企业提高功率因数的意义。

从当前现实来看，一方面电力供应不足，另一方面发电厂的电力又未能充分利用，提高企业功率因数可以做到从源头减少无功消耗，使功率因数达到国家规定的数值，工厂在消耗同容量有功功率P值时，使所需要的视在功率S显著下降，充分发挥现有的供电设备能力。其次可减少电能在输送和利用过程中的损耗，提高企业的供电质量，有利于提高生产效率；同时为企业带来显著节电效益，减少企业的两部电费支出。

三、变压器经济运行节电技术

1. 变压器经济运行概述

变压器经济运行是通过优化理论、定量化计算与变压器实际运行工作状况相结合的一项应用技术。通过检测、计算择优选取变压器最佳运行方式、运行最佳组合以及负载调整的优化、改善变压器运行条件等技术措施，达到充分发挥变压器效能，最大限度地降低变压器的电能损耗和提高电源侧的功率因数。该项技术很少投资，是向智能挖潜、向管理挖潜、实施内涵节电的综合技术。广义上讲企业从受电到用电需要2～5次变压过程，电能损耗占总用电量3%～8%左右。企业应对在线变压器运行情况进行诊治，实施变压器经济运行节电技术，降低电能损耗。尤其在改扩建、设备检修时，更应列入该项技术同步进行。

2. 变压器经济运行节电技术基本内容

(1)有备用变压器的变电所，选择技术特性好的变压器运行。技术特性差的变压器备用。

(2)并列运行的变压器应优选最佳组合经济运行。

(3)按变电所负载变化规律，选择变压器运行台数经济运行。

(4)负载波动大常年运行的变压器，可增设小容量的变压器作为调节；或配置两台不等容量的变压器分列运行。

(5)相邻分列运行的变压器轻载时，可选择共用的运行方式。

(6)设计选配、淘汰更新时，要确定变压器经济运行方式和经济运行区。

(7)调整负载，避峰填谷，实现变压器经济运行。

(8)改善外部条件实现变压器经济运行，包括提高变压器负载侧功率因数；降低运行温度、避免变压器超负荷运行。

(9)调整变电所之间的变压器，改善特性达到经济运行。

(10)调整变电所之间的负载，合理再分配达到经济运行。

(11)对需多级降压的变配电所，优先选择大变比的变压器或三线圈变压器。

3. 变压器经济运行节电管理基本内容

变压器经济运行是通过充分发挥变压器效能、择优选取变压器最佳运行区、运行最佳组合以及负载调整的优化，达到最大限度地降低变压器自身的电能损耗，是一项内涵节电的综合技术，主要是向管理挖潜，通过加强科学技术管理，实施变压器经济运行节电。企业供、配电系统是一个综合网络工程，各级变配电所多、变压器数量多、容量大、系统运行复杂。实施变压器经济运行节电技术，应由技术权威部门牵头，充实人力物力，组织分厂、车间齐抓并管，完善以下考核管理办法。

(1)明确管理机构，建立考核制度。

(2)确定全面开展变压器经济运行的方案。

(3)对在线变压器运行情况进行检测计算，建立档案。

(4)由系统受电的变压器的电源侧，均应装设有功电度表、无功电度表、功率因数表等测量仪表。

(5)组织对变压器进行经济运行调整。

(6)各变电所要标明变压器经济运行方式和运行区域图表。

(7)各变电所要建立变压器经济运行技术档案和运行纪录。

(8)各运行单位每半年进行一次经济运行分析，并将结果存档。

(9)当用电量发生大的变化、变压器台数、容量发生变化时，应重新校验变压器经济运行数据。

(10)各变电所要每月计算变压器经济运行节电效益。

(11)考核全年经济运行时间不得少于全部运行时间的80%。