工厂供电系统无功补偿问题研究

2015-12-13何丽萍

中国科技纵横 2015年10期

关键词：功率因数电容器电动机

何丽萍

(武汉工程职业技术学院,湖北武汉 430415)

工厂供电系统无功补偿问题研究

何丽萍

(武汉工程职业技术学院,湖北武汉 430415)

对于工厂用电而言,工厂供电系统无功补偿问题尤为重要。本文首先分析了工厂供电系统无功补偿的重要性,其次,探讨了无功补偿提高功率因数的途径,并将其应用于某工厂供电系统中,得出结论:无功补偿既能够降低线路中的电压波动和电压损失,减少电能损耗和功率损耗,又能够充分利用设备容量,增加输电能力和有功输出能力,进而达到提高供电质量和节约电能的目的,值得推广应用。

工厂供电系统无功补偿节能

1 引言

据统计，70%以上的发电量都用于工业用电，在工业生产中，电气设备和电力线路的电能损耗占工厂电能消耗的20%～30%。因此，节约用电就显得尤为重要，而提高工厂供电系统的功率因数是一种较为有效的节能措施。根据国家的相关法律法规的规定，高压供电的工厂企业平均功率因数不低于0.95，而其他工厂企业不低于0.9，若无法达到，那么就必须开展无功补偿，由此可见，工厂供电系统无功补偿问题尤为重要。

2 工厂供电系统无功补偿的重要性

2.1 改善电能质量

能否有效地配置工厂供电系统中的无功补偿设备，会直接关系到供电电压质量。那么可以看出，如果我们能够合理安装无功补偿设备，那么必然会改善工厂供电系统的电压质量。

负荷(P+JQ)电压损失△U，△U=(QX+PR)/U

式中，X——线路电抗，单位为Ω；P——输送的有功功率，单位为kW； Q——输送的无功功率，单位为kvar；U ——线路额定电压，单位为kV；R 为线路电阻，单位为Ω；

将无功补偿设备容量Q c安装后，线路电压损失就会由原来的△U降为△U1

△U1=[PR+( Q-Qc)]X/U

很明显可以看出，△U1＜△U，换而言之，就是在将无功补偿设备容量Qc安装后，电压损失减小了，减少了△U1-△U=QcX/U 。

由于线路电抗X的值越靠近线路末端越大，因此，将无功补偿装置安装在靠近线路末端位置的效果较佳。

2.2 降低电能损耗

表1 1#变压器投入无功补偿器前后数据对比

表2 不同功率因数(cos φ )下的铜损的百分比

降低损耗节能是无功补偿的最为主要的目的，例如某供电系统传输的有功功率P为定值，在将无功补偿设备加装后，其功率因数由原来的cosφ提高到cosφ1，由于P=UIcosφ，cosφ与负荷电流I存在着反比关系，又由于P=I2R，可以看出，电流I的平方与线路有功损失存在着正比关系。一旦负荷电流I降低，cosφ升高，那么随之而来的必然是线路有功损耗降低。此外，无功补偿能够让功率因数提高，这样一来，就会提高电动机的负载率，以及变压器的供电能力。例如：某台变压器的功率因数cosφ=0.5，额定容量S=1 000 KVA，那么Pc(变压器的供电能力)=S cosφ=500 KVA；若利用无功补偿让其功率因数变为0.8，那么Pc(变压器的供电能力)也会由原来的500 KVA提高到800 KW。同理可以看出，若用电功率为定值，而变压器的功率因数变大，那么其额定容量肯定会降低，这样就大大提高了工厂供电系统的电压质量及稳定性。

2.3 节省工厂企业的电费开支

通过无功补偿来提高功率因数，无疑会大幅度提高工厂企业的经济效益，具体计算方法是W=(1+a%)(F1+F2)

式中a%——功率因数调整电费系数； F2——电量电费，单位为元； F1——基本电费，单位为元；W——当月电费，单位为元。

2.4 功率奖励的计算

工厂供电系统平均功率因数高于0.9，那么就会被供电部门给予一定的功率奖励

Y=A (cosφ2-0.9) ×0.15%×K

式中：K——每度工业用电价格；cosφ2——无功补偿后的功率因数；Y——功率奖励，单位为元；A——工厂月用电量，单位为度。

3 无功补偿提高功率因数的途径

3.1 用同步补偿器作无功补偿

同步补偿器是空载运行的同步电动机，当其处于欠励磁运行状态下，就会向电力系统吸取无功功率；当其处于过励磁运行的状态下，就会自动向电力系统供给无功功率。但是同步补偿器通常会附有起动控制设备，结构复杂，投资成本大，维护工作量大，一般而言，对容量较大、长期连续工作、恒速、低速的电动机较为适用，但是不宜用于小容量的高速同步电动机，既不能有效改善功率因数效果明显，且极度不经济。

3.2 提高自然功率因数

(1)电磁开关选用无压运行的类型；

(2)对工艺流程进行合理优化，避免电动机、机床、电焊机空转；

(3)防止变压器在低负荷下长期运行；

(4)对异步感应电动机、轻负荷感应电动机的容量和型号予以合理选用，使其接近满载运行。

3.3 用静电电容器作无功补偿

静电电容器又被称为电力电容器或移相电容器，当其与变压器、电动机产生滞后现象，就会自动抵消(补偿)电压感性电流相。将静电电容器与用户线路并联后，即可大幅度降低前端电网上的无功电流，进而补偿无功消耗。用静电电容器作无功补偿，具有经济方便、结构简单等优点，其补偿方式分为三种，分别是集中补偿、分组(分散)补偿和个别补偿。

(1)个别补偿。个别补偿也被称为随机补偿，是将电动机的引出线端子直接与静电电容器相连，二者共用一套开关设备。个别补偿的优点：第一，能够降低电动机的启动电流；第二，能够减少配电网及配电变压器的功率损耗；第三，能够降低低压配电线路、配电变压器、供电网的负荷电流；第四，能够降低开关设备、配电变压器等容量。

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(2)低压分组补偿。低压分组补偿是指在工厂车间变配电室母线上安装静电电容器，低压分组补偿既能够降低所需电容器的总容量，又能够提高静电电容器的利用率。同时，低压开关及保护装置易于自动控制，且价格低，可以让配电变压器、高压线路的无功功率损耗，以及车间主变压器的视在功率大幅度减少，值得注意的是，如果能够在配电箱及低压用电设备附近设置无功补偿设备，那么补偿效果通常会更佳。

(3)高压集中补偿。高压集中补偿是指在工厂总降压变电所的6～10kV母线上安装静电电容器，高压集中补偿的利用率高、运行可靠，且易于安装静电电容器，但是高压开关及保护装置价格较高，且很难降低工厂内部配电网络的无功功率，因此，高压集中补偿的经济效果要远远差于个别补偿和低压分组补偿。

如果要统盘考虑个别补偿、低压分组补偿、高压集中补偿这三种补偿方式，首先，个别补偿适用于距离电源较远或长期稳定运行的中小型感应电动机；其次，低压分组补偿适用于各配电馈线(尤其是负荷分布较为集中的)；最后，高压集中补偿适用于配电容量较大、高压用电设备数量较多的车间，这样一来，既可以确保电压质量，提高全厂的功率因数，又能够让工厂内部的功率损耗大幅度降低，以便能够获得较佳的节能效果。