高压并联电容补偿装置在钢铁企业供电系统的应用理论与实践分析

董立刚

【摘  要】利用电容补偿改造钢铁企业供电系统，提高供电网路功率因数，减少无功损耗，提高供电质量，提高电网安全运行，改善设备运行电压，延长设备使用年限。电容补偿方法与所需电容容量的选择。

【关键词】电容器;介质和极板;变压器;电容容量;有功功率;无功功率;视在功率

引言

在钢铁企业安全生产过程中，钢铁企业供电系统负载多，尤其炼铁车间，炼钢车间，负载功率因数低，无功功率的存在造成有功损耗增大，供电网路功率因数的高低直接影响钢铁企业的经济效益及供电网路的安全运行。在钢铁企业供电系统中，存在用电设备多，分布广，供电电缆线路长，造成供电线路损耗大;用电设备大多感性负载，造成功率因数低，无功功率损耗大，所需变压器的容量增大，造成投资增大;用电设备频繁起动，造成供电网路电压不稳定，影响供电网路安全运行。因此钢铁厂供电系统利用电容补偿有利于提高功率因数，稳定电压，降低损耗，对供电安全运行、提高经济效益具有主要作用。

1.并联电容器装置的特点意义

电压质量是衡量电力系统电能质量的重要指标之一，它的好坏不仅关系向电力用户提供电能质量的优劣而且还直接影响电网的安全、经济运行。电压质量主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理，若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。

随着电网容量的不断增加，对电网无功功率的要求也与日增加。网络功率因数和电压的降低会使电气设备得不到充分利用，从而降低网络的传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好电网无功补偿，提高功率因数，从而节约电能，对提高运行质量具有非常重要的意义。

1.1 无功补偿可提高功率因数

1.2 无功补偿可降低输电线路及变压器的损耗

电能从发电厂传输到用电设备，在输变电设备中所产生的有功功率损耗叫作电网损耗，简称线损。它是表征整个电网建设、管理、运行水平的一个重要的综合指标。

1.3 无功补偿可改善电压质量

当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失ΔU也就减小了。在线路中因为线路感抗XL >>线路的总电阻R，因此，无功功率Q对线路电压变化的影响因素比有功功率P要更大。在供电设备的容量（即视在功率S）一定时，若补偿前功率因数角为φ1，供电电设备能提供的最大有功功率为P，如果补偿后（补偿容量ΔQ=Q1-Q2）功率因数角减小到φ2，则设备能提供的最大有功功率P也随之增大到P+ΔP。可见，无功补偿提高了供电设备的有功出力。

2.并联电容器补偿的分组形式

2.1集中补偿

电容器组集中装设在钢铁企业总降变电所的6-10KV母线上，用来提高整个变电所的功率因素，使该变电所在供电范围内无功功率基本平衡。这种方式可以减少高压线路的无功损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量。

2.2分散补偿

电容器组分别装设在功率因素较低的炼铁车间，炼钢车间或者变电所或电网母线上，这种方式具有与集中补偿相同的优点，但无功补偿容量和范围相对较小，而降损效果更加明显，因而采用的比较普遍。

2.3就地补偿

电容器或者电容器组装设在异步电动机或感性用电设备附近，就地进行无功补偿，这种方式结构简单，成本低，既能提高用电设备供电回路功率因素，又能改善电压质量适用于中小型设备。

3.并联电容补偿在钢铁企业供电系统的电容容量的选择

并联电容器补偿容量的选择，可根据使用目的不同，从提高功率因数需要、提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

3.1  从提高功率因数需要确定补偿容量

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。按改善功率因数确定无功补偿容量时，cosφ1应采用最大负荷月平均功率因数， cosφ2确定必须适当。通常，将功率因数从0.9提高到1所需的补偿容量，与将功率因数从0.72提高到0.9所需的补偿容量相当。因此，在功率因数高的情况下进行补偿，其效率明显下降。这是因为在高功率因数下，cosφ曲线的上升率变小，因此，提高功率因数所需的补偿容量将要相应的增加。

3.2从提高运行电压需要来确定补偿容量

在配电线路的末端，特别是重负荷、细导线的线路运行电压较低，加装电容器以后，可以提高运行电压，这就可能在补偿电容过大时产生过电压，选择多大的补偿电容合理是个问题。此外，在网络电压正常的线路中，装设电容时，网络电压的压升也不能越限。为了满足这一约束条件，也必须求出无功容量Q与网络电压增量△U之间的关系。

4.高壓并联电容补偿装置钢铁企业供电系统的应用实践

4.1河钢集团宣化钢铁有限公司1800吨炼铁高炉的应用

2005年10月在河钢集团宣化钢铁有限公司1800吨炼铁高炉，安装了一套GWBZ-10无功自动补偿装置，安装总容量6000kvar，分5组自动投切。补偿装置投运后，自动跟踪负荷变化，功率因数稳定在0.95～0.98。负荷高峰时，总电流由补偿前的380A减小到310A，大大降低了线路损耗，平均每年减少电量费近30万kWh，效果非常显著。

4.2江苏镔鑫钢铁集团炼铁车间的应用

江苏镔鑫钢铁集团炼铁车间，两段母线原各有一组固定电容器，由于补偿容量不足，负荷变化大且频繁功率，致使无功严重不足，因数最低时仅有0.61，电压波动大，母线电压经常超限，影响设备的正常运行。2006年6月对该补偿设备进行了改造，每段母线各安装一套GWBZ-6补偿装置，每套总容量4200kvar，采用基础容量加调节容量的分组方式。具体方案是：把其中的1200kvar作为基础容量固定补偿，用单独的开关柜控制。其余3000kvar平均分成5组，每组600kvar，作为调节容量，分组循环投切。用一台控制器对两台主变和两段母线的10组电容器进行综合控制。改造设备投运后，功率因数控制在0.94～0.98，也保证了电压稳定，年统计电压合格率由原来的96.6%提高到了99.7%，满足了设备的正常运行，效果十分明显。

4.3唐山鑫达钢铁集团炼钢车间的应用

唐山鑫达钢铁集团炼钢车间2012年7月新建110/10.5kV变电站，需要设计安装补偿装置，考虑负荷经常变化，选用了可分组投切的高压并联电压无功综合自动调节装置。装置总容量6000kvar，平均分成6组，每组1000kvar，为抑制五次以上谐波，每组配用电抗率6%的串联电抗器。对主变调压和电容器投切进行综合控制。设备投运后，电压合格的基础上，平均功率因数0.95。由于采用电压无功综合控制，主变有载调压开关的动作次数明显少于其它同类设备，提高了系统的安全运行系数，设备运行效果明显。

5.结语

选用合理的电容容量补偿钢铁企业供电系统，变电站总降，及炼铁车间高炉，炼钢车间供电系无功功率，可提高功率因数，提高设备出力，降低无功功率损耗和电能损失，改善钢铁企业供电系统供电质量，利于供电网路的安全运行。当电网无功补偿前功率因数为0.6～0.75，补偿后提高到0.9～0.95时，可提高井下供电设备与电缆的供电能力约30～40%;降低供电系统损耗，一般可减少变压器线路损失30～50%;减少供电系统电压降，提高电网质量，减少机电事故;对供电距离远的负载，可减少电网电压降4～5%，电动机起动力矩和过载能力增加。

参考文献

[1]GB50727-1995.并联电容器成套装置设计规范

[2] DL/T  574-2010. 高压无功补偿运行导则.国家能源局.2012年

[3]DL/T  573-2010. 变压器无功补偿导则.国家能源局.2012年

[4]华北电网有限公司电力设备交接和预防性试验规程 ，华北电网有限公司，2008年.

[5]瑜剑辉. 高电压技术.北京.中国电力出版社.2006年.