低壓網功率因數對供電企業的影響

丁紅軍

摘要:對廣大供電企業來說,用戶功率因數的高低,直接關系到電力網中的功率損耗和電能損耗,關系到供電線路的電壓損失和電壓波動,而且關系到節約用電和整個供電區域的供電質量,這是眾所周知的道理。文中簡要集中探討了影響電網功率因數的主要因素以及低壓無功補償的幾種使用方法,以及確定無功補償容量從而提高電力系統功率因數的一般方法。

關鍵詞:功率因數;影響因素;補償方法;容量確定

用戶功率因數的高低,對于電力系統發、供、用電設備的充分利用,有著顯著的影響。適當提高用戶的功率因數,不但可以充分的發揮發、供電設備的生產能力、減少線路損失、改善電壓質量,而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節約電能。因此,對于全國廣大供電企業、特別是對現階段全國性的一些改造后的農村電網來說,若能有效的搞好低壓補償,不但可以減輕上一級電網補償的壓力,改善提高用戶功率因數,而且能夠有效地降低電能損失,減少用戶電費。其社會效益及經濟效益都會是非常顯著的。

1 影響功率因數的主要因素

1.1 電感性設備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

大量的電感性設備,如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計,在工礦企業所消耗的全部無功功率中,異步電動機的無功消耗占了60%～70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而,為了改善電力系統和企業的功率因數,變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。

1.2 供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大影響

當供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據有關資料統計,當供電電壓為額定值的110%時,一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時,無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以,應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

1.3 電網頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

綜上所述,我們知道了影響電力系統功率因數的一些主要因素,因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法,使低壓網能夠實現無功的就地平衡,達到降損節能的效果。

2 低壓網的無功補償

2.1 低壓網無功補償的一般方法

低壓無功補償我們通常采用的方法主要有三種:隨機補償、隨器補償和跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。

2.1.1 隨機補償

隨機補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接,它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗,以補勵磁無功為主。此種方式可較好地限制農網無功峰荷。

隨機補償的優點是:用電設備運行時,無功補償投入,用電設備停運時,補償設備也退出,不會造成無功倒送,而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。

2.1.2 隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器二次側,以無功補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功,配變空載無功是農網無功負荷的主要部分,對于輕負載的配變而言,這部分損耗占供電量的比例很大,從而導致電費單價的增加,不利于電費的同網同價。

隨器補償的優點:接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功,限制農網無功基荷,使該部分無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低無功網損,具有較高的經濟性,是目前無功補償中常用的手段之一。

2.1.3 跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,將低壓電容器組補償在大用戶0.4KV母線上的補償方式。適用于100KVA以上的專用配電用戶,可以替代隨機、隨器兩種補償方式,補償效果好。

跟蹤補償的優點是運行方式靈活,運行維護工作量小,比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時,應優先選用跟蹤補償方式。

2.2 采用適當措施,設法提高系統自然功率因數

提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資,僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率,這是一種最經濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施做一些簡要的介紹。

2.2.1 合理選用電動機

合理選擇電動機,使其盡可能在高負荷率狀態下運行。在選擇電動機時,既要注意它們的機械特性,又要考慮它們的電氣指標。舉例說,三相異步電動機(100KW)在空載時功率因數僅為0.11,1/2負載時約為0.72,而滿負載時可達0.86。所以核算負荷小于40%的感應電動機,應換以較小容量的電動機,并合理安排和調整工藝流程,改善運行方式,限制空載運轉。故從節約電能和提高功率因數的觀點出發,必須正確合理的選擇電動機的容量。

2.2.2 提高異步電動機的檢修質量

實驗表明,異步電動機定子繞組匝數變動和電動機定、轉子間的氣隙變動是對異步電動機無功功率的大小有很大影響。因此檢修時要特別注意不使電動機的氣隙增大,以免使功率因數降低。

2.2.3 采用同步電動機或異步電動機同步運行補償

由電機原理可知,同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小,而無功取決于轉子中的勵磁電流大小,在欠激狀態時,定子繞組向電網“吸取”無功,在過激狀態時,定子繞組向電網“送出”無功。因此,只要調節電機的勵磁電流,使其處于過激狀態,就可以使同步電機向電網“送出”無功功率,減少電網輸送給工礦企業的無功功率,從而提高了工礦企業的功率因數。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流,使其呈同步電動機運行狀態,這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流,使其呈過激狀態,即可以向電網輸出無功,從而達到提高低壓網功率因數的目的。

2.2.4 正確選擇變壓器容量提高運行效益

對于負載率比較低的變壓器,一般采取“撤、換、并、停”等方法,使其負載率提高到最佳值,從而改善電網的自然功率因數。如:對平均負荷小于30%的變壓器宜從電網上斷開,通過聯絡線提高負荷率。

通過以上一些提高加權平均功率因數和自然功率因數的敘述,或許我們已經對“功率因數”這個簡單的電力術語有了更深的了解和認識。知道了功率因數的提高對電力企業的深遠影響,下面我們將簡單介紹對用電設備進行人工補償的方式和對補償容量的確定方法。

據有關資料介紹,某地綜合樓是集商場、銀行、辦公、車庫、賓館為一體的一類高層建筑,總建筑面積3.2萬m2。主要用電設備有空調機組、水泵、風機及照明燈具等,其中照明燈具均為單相負荷,功率因數在0.45～0.75之間。低壓有功計算負荷2815KW,其中,照明用電有功負荷1086.5KW,其它負荷基本為空調、風機、水泵、電梯等三相負荷。補償前無功功率31872Kvar,若整體功率因數補償到0.92,需補償1982Kvar,補償后無功功率1200Kvar。原設計采用低壓配電室并聯電容器組三相集中自動補償,工程竣工投入使用后,經常出現儀器、燈具等用電設備燒壞或不能正常使用等情況,影響正常經營和工作。經現場測試,發現低壓饋線回路三相負荷不平衡,差距很大,電流差異大,最大相電流差為900A;檢測母線電壓,三相母線電壓有的高達260V,有的低到190V。通過分析是三相電容自動補償造成的結果。

對于三相不平衡及單相配電系統采用分相電容自動補償是解決上述問題的一種較好的辦法,其原理是通過調節無功功率參數的信號取自三相中的每一相,根據每相感性負載的大小和功率因數的高低進行相應的補償,對其它相不產生相互影響,故不會產生欠補償和過補償的情況。

結束語

文中淺談了功率因數對廣大供電企業的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益,介紹了影響功率因數的主要因素以及提高功率因數的一般方法,還闡述了如何確定無功功率的補償容量及無功功率的三種人工補償的具體方式。