无功补偿在轧钢厂的应用探究

颜红

【摘 要】众所周知，冶金工业是全国的耗能大户。从节能降耗为出发点，在输电线路上增设并联电容器进行无功功率补偿就是其中的一种措施，它对电网的安全、优质、经济运行具有重要作用。

【关键词】无功功率补偿；并联电容器；节能降耗

【Abstract】As we all know， the metallurgical industry is large energy consumption. From saving energy and reducing consumption as a starting point， in addition on the transmission line， parallel connection capacitor for reactive power compensation is one of these measures， it is very important role for power grid which is safety， high quality and economic operation .

【Key words】Reactive power compensation；Parallel capacitor；Energy saving

0 前言

马钢第二钢轧总厂型材分厂是以轧制型材为主的生产线且生产设备陈旧，大多数的设备都是电感性，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。因此在电网中安装并联电容器无功补偿后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗。

1 无功补偿的类型

我们知道提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是人工补偿。人工补偿的最普遍的方法就是并联电容器，它的基本方式有集中补偿、分组补偿和就地补偿三种。

1）集中补偿主要是指在企业总降压站，集中安装一批高压电力电容器，以补偿本企业所需的无功能量，它能达到提高供电能力、减少变损与线损、稳定电压的目的。本厂的高压部分补偿就是属于这一类型。

2）分组补偿是根据企业各个负荷中心而进行的局部补偿（又称车间小集中补偿）使6KV及以上的企业内部高压输电系统电力无功被减小到最低限度，减少了厂区内部高压线损和变损，提高了企业内部高压供电能力。但分组补偿不能对存在大量低压无功的380V低压输配电网进行有效的补偿。

3）就地补偿是克服了上述两种补偿方式的缺点而进行无功补偿，这一种补偿方式把无功电流局限在需要的哪个地方，消除了电力无功在高、低压电网上的流动，这是一种值得推广的无功补偿方式。

2 本厂无功补偿现状

在本厂的供电系统中，实际上多是采用高压侧补偿和低压侧补偿相结合的方案，以求经济合理地达到总的无功补偿的要求，使工厂电源进线处在最大负荷时功率因数不低于规定值（高压进线时为0.9）

以型材分厂为例，如图1：

图1

如上图所示，该厂由21#高配电所供电，在高压侧补偿部分分别为2109和2119两条线装设采用的自动投切无功补偿装置，高压并联电容组的容量为2100 kvar；低压侧补偿部分装设并联电容柜有三处，分别在0#电磁站、1#电磁站和4#电磁站，低压电容柜是江苏华晟公司生产CLN型自动补偿柜，0#电磁站为4#变压器供电并联电容的大小为400kvar；1#电磁站为1#变压器常供电并联的电容大小为720 kvar；4#电磁站为2#变压器常供电并联电容大小为400 kvar。

高压侧和低压侧同时补偿后，6kV侧需要的大部分无功由6kV的补偿电容提供；6kV的母线由于安装了并联电容器，功率因数得到了提高；线路末端的大部分无功由低压电容提供。

系统低压侧，由于低压电容的补偿作用，0.4kV侧的功率因数将被提高，从6kV到0.4kV的线路末端，因线路中无功电流减少，所以降低了线路损耗和变压器损耗，同时线路越长节能效果越明显。

3 无功补偿的效益分析

3.1 低压集中无功补偿对变压器容量的选择影响

如图1所示0#电磁站安装的无功补偿做个重点的计算分析对变压器容量选择的影响。

该电磁站由4#变压器常供电，采用的是低压集中补偿的方式，补偿电容并联在变压器的二次侧母线上，所带的负载总共容量估算约：P=550kW，cosΦ1=0.80（以电动机为主要负载类型，经查表得）按照正常的工作状态的话功率因数还达不到这么大，我们以设计阶段的估算值取0.8。

1）补偿前应选变压器的容量

有功计算负荷：P30=P=550kW

无功计算负荷：Q30=P30*tgΦ1=550*0.75≈413kvar

视在计算负荷：S30=550/cosΦ1=550/0.8=687.5kVA

因此在无功补偿前变压器容量应该选择为：800kVA

2）无功补偿容量

按规定，变压器的一次侧的功率因素应该大于或者等于0.9，考虑到变压器和线路的无功损耗，把功率因素提高到cosΦ2=0.94为益。

要使低压侧的功率因素由0.8提高到0.94，则低压侧需要装设的并联电容器的容量为：

Qc=Pe（tgΦ1-tgΦ2）= Pe*（acrcosΦ1-acrcosΦ2）= Pe*Δqc

=550*0.39=214.5 kvar（取整=220kvar）

3）补偿后的变压器容量和功率因素

补偿后变压器低压侧的视在计算负荷为：

S′30=■ kVA=583kVA

因此补偿后变压器容量可选为630kVA

变压器的功率损耗为：

ΔP≈0.015*S′30=0.015*583=8.7kW

ΔQ≈0.06* S′30=0.06*583=35kvar

变压器高压侧的计算负荷为：

P30=550+8.7=560kW

Q30=（413-220）+35=228kvar

S30=■ =605kVA

无功补偿后的功率因素（最大负荷时）为：

cosΦ=P30/S30=560/605=0.926

这一功率因素满足供电（0.90）的要求。

无功补偿前后比较：

ΔS=800kVA-630kVA=170kVA

变压器的容量在补偿后减少了170kVA，降低了供电设备容量，减少基建投资，也减少基本电费开支，而且由于提高了功率因数，还会减少电度开支。

3.2 降低变压器电能损耗

变压器的电能损耗包括两个部分：铁损ΔPfe和铜损ΔPcu

铁损只要外施电压和频率不变，它就是固定不变的。铜损与负荷电流（或功率）平方成正比，即与变压器负荷率的平方成正比。ΔPcu近似地等于其短路损耗。

所以变压器的损耗：△W=ΔPcu·Δβ2·t（Δβ为变压器补偿前、后的负载率）

=ΔPcu·■■ ·（1-cosΦ02 /cosΦ12）·t

以1#变压器为例增设无功补偿后变压器的年节电量：1#变压器SL7-1250，6.3/0.4，ΔPcu=13.8kW，平均负荷为750kVA，补偿前cosΦ0=0.75，补偿后cosΦ1=0.95，若年电能损耗时间安7500小时计算：

△W=ΔPcu·■■ ·（1-cosΦ02 /cosΦ12）·t

=13.8*■■*（1-0.752/0.952）*7500=13.8*0.36*0.38*7500=14159kW·h

3.3 降低线路损耗

由于进行了无功补偿，使得线路电流减小，从而使得线路损耗大为减小，根据推导结果，线路损耗减小可由下式计算精确求得

ΔP线损=（P/Ue）2·R·（1/cosΦ02-1/cosΦ12 ）

如给生产线上升降台电动机装上并联电容器，采用就地无功补偿的方式，有关数据如下：电动机容量：75kW，cosΦ=0.85 ，平均负荷为85%，年用电时间取7000小时，电缆截面为3×70mm2，铜心电缆，距离为120m，补后要求cosΦ1达到0.95以上，每根电缆电阻为0.32Ω/kM

ΔP线损=（75×0.85/0.38）2*0.32*0.12·（1/0.852-1/0.952）=0.324kW

年节电总量为：0.324×7000=2268kW·h

3.4 提高负载的端电压

负荷电流的降低，减小了供电线路的电压损耗，改善了负载端电压，从而保证了电气设备实际出力，提高了生产效率。

3.5 减少了用户的电费支出，固投资回收期限短

企业每月的电费主要由以下组成：基本电费=主变容量（kVA）×18（元/kVA.月）；

电量电费=有功电度（kW·h）×单价（元/kW·h）；

力调电费=（基本电费+电量电费）×奖惩比例

仅以上面的例子而言，1）变压器容量的降低每年节省基本电费=170 ×18 ×12=36720元

2）变压器损耗降低节省电量电费=14159×0.56=7929.04元

3）降低了线路损耗节省电量电费=2268×0.56=1270.08元

由于增设了无功补偿，功率因数得到了提高，依据本地电力局的要求功率因数达到0.9以上，按每增加0.01，减收电费总额的0.15%。

4 存在的问题及解决办法

目前我厂使用的高、低压无功功率补偿装置在使用过程中都存在一些问题，如：高压无功补偿部分，由于冲击负荷平繁造成自动投切装置坏，自动投切控制器不灵敏、不动作等等，常需要人工手动进行投切，有的时候会造成过补或者补偿不够。低压无功补偿部分，也有自动投切控制器坏，内部的晶闸管、快熔等装置坏，有的现存无功补偿柜由于上述的原因都没有投入使用，造成资源的浪费；电容器本身还存在“鼓肚”、渗漏油、缺油和绝缘不良等诸多现象。

所以我们应该严格按照并联电容器的维护方案进行日常的维护工作，同时还应该加强设备的日常点检，对存在的问题或者现已损坏的配套设备装置应该及时联系厂商进行更换维护，使无功补偿装置真正发挥自身的作用。

5 结束语

通过上述的调查分析，无功功率补偿在工厂供电系统中是非常必要的，不管是从节能的角度还是提高电网供电质量的角度来看，无功功率补偿都是值得推广的。从本厂现有的供电线路来看，不管是高压还是低压，有的线路还是应该加设无功功率补偿装置，从而达到节能和提高电网供电质量的目的。对于本厂现已装有的无功功率补偿装置，我们应该充分的利用，使其有最佳的利用效果。

【参考文献】

[1]刘介才.工厂供电[J].2003，7.

[2]程陈.新编电力无功补偿实用手册[S].2009，9.

[3]冶金工业能源部.钢铁企业节电经验[Z].1992，9.

[责任编辑：丁艳]

=550*0.39=214.5 kvar（取整=220kvar）

3）补偿后的变压器容量和功率因素

补偿后变压器低压侧的视在计算负荷为：

S′30=■ kVA=583kVA

因此补偿后变压器容量可选为630kVA

变压器的功率损耗为：

ΔP≈0.015*S′30=0.015*583=8.7kW

ΔQ≈0.06* S′30=0.06*583=35kvar

变压器高压侧的计算负荷为：

P30=550+8.7=560kW

Q30=（413-220）+35=228kvar

S30=■ =605kVA

无功补偿后的功率因素（最大负荷时）为：

cosΦ=P30/S30=560/605=0.926

这一功率因素满足供电（0.90）的要求。

无功补偿前后比较：

ΔS=800kVA-630kVA=170kVA

变压器的容量在补偿后减少了170kVA，降低了供电设备容量，减少基建投资，也减少基本电费开支，而且由于提高了功率因数，还会减少电度开支。

3.2 降低变压器电能损耗

变压器的电能损耗包括两个部分：铁损ΔPfe和铜损ΔPcu

铁损只要外施电压和频率不变，它就是固定不变的。铜损与负荷电流（或功率）平方成正比，即与变压器负荷率的平方成正比。ΔPcu近似地等于其短路损耗。

所以变压器的损耗：△W=ΔPcu·Δβ2·t（Δβ为变压器补偿前、后的负载率）

=ΔPcu·■■ ·（1-cosΦ02 /cosΦ12）·t

以1#变压器为例增设无功补偿后变压器的年节电量：1#变压器SL7-1250，6.3/0.4，ΔPcu=13.8kW，平均负荷为750kVA，补偿前cosΦ0=0.75，补偿后cosΦ1=0.95，若年电能损耗时间安7500小时计算：

△W=ΔPcu·■■ ·（1-cosΦ02 /cosΦ12）·t

=13.8*■■*（1-0.752/0.952）*7500=13.8*0.36*0.38*7500=14159kW·h

3.3 降低线路损耗

由于进行了无功补偿，使得线路电流减小，从而使得线路损耗大为减小，根据推导结果，线路损耗减小可由下式计算精确求得

ΔP线损=（P/Ue）2·R·（1/cosΦ02-1/cosΦ12 ）

如给生产线上升降台电动机装上并联电容器，采用就地无功补偿的方式，有关数据如下：电动机容量：75kW，cosΦ=0.85 ，平均负荷为85%，年用电时间取7000小时，电缆截面为3×70mm2，铜心电缆，距离为120m，补后要求cosΦ1达到0.95以上，每根电缆电阻为0.32Ω/kM

ΔP线损=（75×0.85/0.38）2*0.32*0.12·（1/0.852-1/0.952）=0.324kW

年节电总量为：0.324×7000=2268kW·h

3.4 提高负载的端电压

负荷电流的降低，减小了供电线路的电压损耗，改善了负载端电压，从而保证了电气设备实际出力，提高了生产效率。

3.5 减少了用户的电费支出，固投资回收期限短

企业每月的电费主要由以下组成：基本电费=主变容量（kVA）×18（元/kVA.月）；

电量电费=有功电度（kW·h）×单价（元/kW·h）；

力调电费=（基本电费+电量电费）×奖惩比例

仅以上面的例子而言，1）变压器容量的降低每年节省基本电费=170 ×18 ×12=36720元

2）变压器损耗降低节省电量电费=14159×0.56=7929.04元

3）降低了线路损耗节省电量电费=2268×0.56=1270.08元

由于增设了无功补偿，功率因数得到了提高，依据本地电力局的要求功率因数达到0.9以上，按每增加0.01，减收电费总额的0.15%。

4 存在的问题及解决办法

目前我厂使用的高、低压无功功率补偿装置在使用过程中都存在一些问题，如：高压无功补偿部分，由于冲击负荷平繁造成自动投切装置坏，自动投切控制器不灵敏、不动作等等，常需要人工手动进行投切，有的时候会造成过补或者补偿不够。低压无功补偿部分，也有自动投切控制器坏，内部的晶闸管、快熔等装置坏，有的现存无功补偿柜由于上述的原因都没有投入使用，造成资源的浪费；电容器本身还存在“鼓肚”、渗漏油、缺油和绝缘不良等诸多现象。

所以我们应该严格按照并联电容器的维护方案进行日常的维护工作，同时还应该加强设备的日常点检，对存在的问题或者现已损坏的配套设备装置应该及时联系厂商进行更换维护，使无功补偿装置真正发挥自身的作用。

5 结束语

通过上述的调查分析，无功功率补偿在工厂供电系统中是非常必要的，不管是从节能的角度还是提高电网供电质量的角度来看，无功功率补偿都是值得推广的。从本厂现有的供电线路来看，不管是高压还是低压，有的线路还是应该加设无功功率补偿装置，从而达到节能和提高电网供电质量的目的。对于本厂现已装有的无功功率补偿装置，我们应该充分的利用，使其有最佳的利用效果。

【参考文献】

[1]刘介才.工厂供电[J].2003，7.

[2]程陈.新编电力无功补偿实用手册[S].2009，9.

[3]冶金工业能源部.钢铁企业节电经验[Z].1992，9.

[责任编辑：丁艳]

=550*0.39=214.5 kvar（取整=220kvar）

3）补偿后的变压器容量和功率因素

补偿后变压器低压侧的视在计算负荷为：

S′30=■ kVA=583kVA

因此补偿后变压器容量可选为630kVA

变压器的功率损耗为：

ΔP≈0.015*S′30=0.015*583=8.7kW

ΔQ≈0.06* S′30=0.06*583=35kvar

变压器高压侧的计算负荷为：

P30=550+8.7=560kW

Q30=（413-220）+35=228kvar

S30=■ =605kVA

无功补偿后的功率因素（最大负荷时）为：

cosΦ=P30/S30=560/605=0.926

这一功率因素满足供电（0.90）的要求。

无功补偿前后比较：

ΔS=800kVA-630kVA=170kVA

变压器的容量在补偿后减少了170kVA，降低了供电设备容量，减少基建投资，也减少基本电费开支，而且由于提高了功率因数，还会减少电度开支。

3.2 降低变压器电能损耗

变压器的电能损耗包括两个部分：铁损ΔPfe和铜损ΔPcu

铁损只要外施电压和频率不变，它就是固定不变的。铜损与负荷电流（或功率）平方成正比，即与变压器负荷率的平方成正比。ΔPcu近似地等于其短路损耗。

所以变压器的损耗：△W=ΔPcu·Δβ2·t（Δβ为变压器补偿前、后的负载率）

=ΔPcu·■■ ·（1-cosΦ02 /cosΦ12）·t

以1#变压器为例增设无功补偿后变压器的年节电量：1#变压器SL7-1250，6.3/0.4，ΔPcu=13.8kW，平均负荷为750kVA，补偿前cosΦ0=0.75，补偿后cosΦ1=0.95，若年电能损耗时间安7500小时计算：

△W=ΔPcu·■■ ·（1-cosΦ02 /cosΦ12）·t

=13.8*■■*（1-0.752/0.952）*7500=13.8*0.36*0.38*7500=14159kW·h

3.3 降低线路损耗

由于进行了无功补偿，使得线路电流减小，从而使得线路损耗大为减小，根据推导结果，线路损耗减小可由下式计算精确求得

ΔP线损=（P/Ue）2·R·（1/cosΦ02-1/cosΦ12 ）

如给生产线上升降台电动机装上并联电容器，采用就地无功补偿的方式，有关数据如下：电动机容量：75kW，cosΦ=0.85 ，平均负荷为85%，年用电时间取7000小时，电缆截面为3×70mm2，铜心电缆，距离为120m，补后要求cosΦ1达到0.95以上，每根电缆电阻为0.32Ω/kM

ΔP线损=（75×0.85/0.38）2*0.32*0.12·（1/0.852-1/0.952）=0.324kW

年节电总量为：0.324×7000=2268kW·h

3.4 提高负载的端电压

负荷电流的降低，减小了供电线路的电压损耗，改善了负载端电压，从而保证了电气设备实际出力，提高了生产效率。

3.5 减少了用户的电费支出，固投资回收期限短

企业每月的电费主要由以下组成：基本电费=主变容量（kVA）×18（元/kVA.月）；

电量电费=有功电度（kW·h）×单价（元/kW·h）；

力调电费=（基本电费+电量电费）×奖惩比例

仅以上面的例子而言，1）变压器容量的降低每年节省基本电费=170 ×18 ×12=36720元

2）变压器损耗降低节省电量电费=14159×0.56=7929.04元

3）降低了线路损耗节省电量电费=2268×0.56=1270.08元

由于增设了无功补偿，功率因数得到了提高，依据本地电力局的要求功率因数达到0.9以上，按每增加0.01，减收电费总额的0.15%。

4 存在的问题及解决办法

目前我厂使用的高、低压无功功率补偿装置在使用过程中都存在一些问题，如：高压无功补偿部分，由于冲击负荷平繁造成自动投切装置坏，自动投切控制器不灵敏、不动作等等，常需要人工手动进行投切，有的时候会造成过补或者补偿不够。低压无功补偿部分，也有自动投切控制器坏，内部的晶闸管、快熔等装置坏，有的现存无功补偿柜由于上述的原因都没有投入使用，造成资源的浪费；电容器本身还存在“鼓肚”、渗漏油、缺油和绝缘不良等诸多现象。

所以我们应该严格按照并联电容器的维护方案进行日常的维护工作，同时还应该加强设备的日常点检，对存在的问题或者现已损坏的配套设备装置应该及时联系厂商进行更换维护，使无功补偿装置真正发挥自身的作用。

5 结束语

通过上述的调查分析，无功功率补偿在工厂供电系统中是非常必要的，不管是从节能的角度还是提高电网供电质量的角度来看，无功功率补偿都是值得推广的。从本厂现有的供电线路来看，不管是高压还是低压，有的线路还是应该加设无功功率补偿装置，从而达到节能和提高电网供电质量的目的。对于本厂现已装有的无功功率补偿装置，我们应该充分的利用，使其有最佳的利用效果。

【参考文献】

[1]刘介才.工厂供电[J].2003，7.

[2]程陈.新编电力无功补偿实用手册[S].2009，9.

[3]冶金工业能源部.钢铁企业节电经验[Z].1992，9.

[责任编辑：丁艳]