化工企業無功補償的節能潛力分析

孫衛明 張立明

（中國海洋石油總公司節能減排監測中心，天津，300452）

1 引言

化工企業主要用電設備為空壓機、各類風機、泵類等感性負載，這些感性設備在生產運行中要吸收大量的無功功率。而無功功率的增加會造成企業供配電系統功率因數降低，從而出現企業供配電系統電壓下降、電機等設備效率降低、線路損耗增加以及供配電系統供電能力下降等情況。因而進行無功功率補償，提高供配電系統功率因數對化工企業節能降耗有著極其重要的意義。

2 企業供配電系統簡介

某化工企業是一家以天然氣為原料，設計年產30萬噸合成氨，52萬噸大顆粒尿素的大型氮肥企業。該企業采用110kV供電，電源取自當地供電公司的變電站，經兩臺25000kVA主變壓器降至6kV后供給企業和公用工程用電，年用電量在9500萬kwh左右。企業供配電系統圖如圖1

圖1 某化工企業供配電系統圖

在對企業供配電系統進行監測時發現，企業在110kV進線處功率因數為0.9以上，滿足當地供電局對該企業功率因數的要求；但在部分6kV用戶側（如循環水變配電所等）功率因數僅為0.7左右，有的甚至低于0.6，使得企業供配電系統長期運行在低效率、高損耗的狀態。企業主要配電室功率因數監測數據參見表1 。

表1 企業主要配電室功率因數監測數據

在對企業供配電系統進行現場監測時發現部分裝置無功補償裝置運行不正常：如合成裝置是全套引進國外設備，無功補償電容分散集成在各配電柜內。但由于目前裝置已運行15年，大大超出補償電容的正常壽命，而目前國內外均沒有合適的配件進行更換，造成裝置運行時沒有無功功率補償，致使電力系統運行條件惡化。同時發現循環水泵與配電變壓器距離較遠，因功率因數偏低致使電力電纜線損過大。

3 功率因數偏低的危害

企業供配電系統自然功率因數偏低，將造成以下不良影響：

3.1 增加電網電力損耗

功率因數的降低，增加了企業供配電系統中變壓器和線路的損耗。假設企業供配電系統中傳輸的有功功率為P，則原線路與功率因數提高后的線路損耗差值如式（1）。

式中：

ΔP——原線路與功率因數提高后線路損耗的差值，kW；

ΔP1——原線路損耗，kW；

ΔP2——功率因數提高后的線路損耗，kW；

R——線路電阻，Ω；

I1——原線路電流，A；

I2——功率因數提高后的線路電流，A。

比原線路損耗減少的百分比計算如式（2）。

式中：

θ——功率因數提高后線路損耗比原線路損耗減少的百分比，%；

U1——原線路電壓，V；

cosφ1——原線路功率因數；

U2——功率因數提高后的線路電壓，V；

cosφ2——功率因數提高后的線路功率因數。

在實際情況下，功率因數補償后，線路的電壓U2＞U1。但在此為了方便分析，可以認為，則上式可簡化為式（3）。

現以一條線路從不同功率因數提高到0.9時為例，其線路損耗降低率見表2 。

表2 不同功率因數下的線損率

由于變壓器的銅耗與所輸送電流平方成正比，由上面分析可知當變壓器的功率因數從0.8提高到0.9時，其銅耗僅相當于原來的79%，降低了變壓器的損耗。

3.2 降低了供配電設備的供電能力

以一臺1600kVA變壓器為例，功率因數從0.6、0.7、0.8不同時期其所帶負荷見表3 。

表3 不同功率因數下的變壓器供電能力

由上表可以看出，在功率因數不同的情況下，電網實際帶負荷的能力下降。

3.3 增加了線路壓降

功率因數偏低，造成線路損耗增加，線路電壓降也增加，使得末端用電設備運行條件惡化，造成某些對供電電壓比較敏感的設備運行不正常，產生危害。

4 解決方案

利用無功補償裝置提高系統的無功容量，根據系統需要的無功功率靈活投入，這樣就可以提高系統的功率因數。通常采用的補償方式分為集中補償、分散補償和就地補償三種方式。其主要優缺點見表4 。

表4 無功補償方式對比

5 無功補償節能潛力計算

綜合以上三種補償裝置的優缺點，同時針對某企業現場核實的情況，建議企業在空分、合成、包裝三個配電室設置分散補償裝置；而在循環水配電室設置就地補償裝置。

通過對企業供配電系統安裝無功補償裝置，向電網提供可調節的容性負荷，補償多余的感性負荷，使企業內部功率因數提高到0.9以上。以線損為例，年用電量為9500萬kwh，按照企業線損率為5%，功率因數由0.8提高到0.9，每年可減少線損99.75萬kwh，按照0.67元/kwh計算，年可節約66.83萬元。

6 結論

從以上對企業功率因數的分析可以看出，提高功率因數對于企業開展節能減排、低碳環保工作有著極其重要的作用。在國家“十二五”節能減排規劃的大背景下，企業的節能減排工作就需要從小事做起，通過技術手段降低企業用能消耗，為社會的節能減排工作做出自己的貢獻。

[1]中國電氣工程大典編輯委員會.中國電氣工程大典第11卷.北京：中國電力出版社，2009年