無功補償在醫(yī)院低壓配電柜中的應(yīng)用

南京鼓樓醫(yī)院集團宿遷市人民醫(yī)院 郭艮俊

電力的廣泛應(yīng)用加速了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，改變著生產(chǎn)和生活的面貌。隨著醫(yī)院的不斷發(fā)展，醫(yī)院的安全用電影響醫(yī)院建設(shè)、發(fā)展、穩(wěn)定。所以提高供電系統(tǒng)可靠性，是一項重要工作。目前，我國10kV以下的綜合變站中安裝的低壓配電柜(箱)，普遍是只裝有電壓表、電流表，隨著醫(yī)療設(shè)備的更新對電網(wǎng)電壓質(zhì)量的要求日漸加強，我院為降損、節(jié)能，提高電壓質(zhì)量，增加電網(wǎng)輸送能力和電氣設(shè)備利用率，將低壓并聯(lián)電容器柜集中裝設(shè)在低壓配電室內(nèi)，在主回路中增加了“無功補償裝置—電容器補償柜”，達到集中補償?shù)哪康模黾与娋W(wǎng)輸送能力和電氣設(shè)備利用率。

一、無功問題

由于系統(tǒng)容量較大，好多電氣設(shè)備負載醫(yī)療設(shè)備，通過變頻器進行控制，感性負荷較多，提高功率因數(shù)的途徑在于減少電力系統(tǒng)各部分所需的無功功率，特別是負載取用的無功功率，使電力系統(tǒng)在輸送一定的有功功率時，可降低其中通過的無功電流。采用低壓并聯(lián)電容補償裝置，安裝于低壓配電室內(nèi)，配電二次側(cè)，通過自動投切并聯(lián)電容器組集中補償，改善功率因數(shù)，同時防止電網(wǎng)負荷較輕時，發(fā)生不投入時則欠補償，投入又過補償?shù)耐肚姓鹗幀F(xiàn)象，使電網(wǎng)處于欠補或過補狀態(tài)，導(dǎo)致供電網(wǎng)絡(luò)震蕩。

二、無功需求

電壓加到感抗上以及電流流過感抗都要消耗無功功率。在感性負荷中消耗的無功功率稱無功負荷；在電網(wǎng)的輸、變、配設(shè)備(主要是架空線路和變壓器)的電抗上消耗的無功功率稱電網(wǎng)無功損耗。無功負荷與無功損耗之和即為電網(wǎng)的無功總需求。電網(wǎng)無功損耗約占電網(wǎng)無功總需求的近一半

三、無功功率負荷和無功功率損耗

1.在各種用電設(shè)備中，除電熱設(shè)備和白熾燈等純阻性負荷只消耗有功功率、為數(shù)不多的同步電動機可發(fā)出一部分無功功率外，大多數(shù)都要消耗無功功率。用電負荷的自然功率因數(shù)都是滯后的，其值約為0.6～0.9（其中較大的數(shù)值對應(yīng)于采用了大容量同步電動機的場合）。

2.變壓器的無功功率損耗變壓器中的無功功率損耗分為兩部分：勵磁支路損耗和繞組漏抗損耗。其中，勵磁支路損耗的百分值等于空載電流的百分值，約為1～2%；繞組漏抗損耗，在變壓器滿載時，基本上等于短路電壓的百分值，約為10%左右。

3.采取優(yōu)化分布無功功率電源，實現(xiàn)無功功率的平衡。國家在上個世紀80年代，推行了提高電力用戶功率因數(shù)的政策，在《全國供用電規(guī)則》（1983年8月25日水利電力部發(fā)布）中作出了明確規(guī)定。《全國供用電規(guī)則》第41條：無功功率應(yīng)就地平衡。用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和裝置無功補償設(shè)備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或切除。防止無功電力倒送

4.提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)。在一般的工業(yè)企業(yè)用電消耗的無功功率中，感應(yīng)電動機占30%，變壓器占20%，線路占10%。因此，為了降低無功功率損耗，提高自然功率因數(shù)，通常可以采用的方式有；(1)合理選擇拖動電機的容量，使其接近滿載運行；(2)對于平均負荷小于40%的電動機，應(yīng)改換小容量電動機；(3)合理安排和調(diào)整生產(chǎn)工藝流程，改善電器設(shè)備的運行方式，避免和控制空載運轉(zhuǎn)；(4)正確選擇配電變壓器容量，提高變壓器的負荷率(一般以75～80%比較合適)。對于負載率小于30%的變壓器應(yīng)予以斷開(退出并聯(lián)運行，由其中一臺供電)或更換小容量變壓器。

四、無功補償?shù)哪康?/h2>

視在功率S、有功功率P和無功功率Q三者之間符合直角三角形的關(guān)系，為：S=P+jQ，S2＝P2＋Q2，功率因數(shù)cos準＝P/S。發(fā)電廠的發(fā)電機只有在額定電壓、電流、功率因數(shù)下運行時，視在功率才能達到額定值，其容量才能有效利用。只有通過進行無功功率補償，使系統(tǒng)各個節(jié)點實現(xiàn)無功功率的基本平衡，即盡量使Q值達到合理數(shù)值，提高功率因數(shù)，減少無功功率在電力網(wǎng)上的流動，才能使電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、損耗減少；提高發(fā)電、供電設(shè)備(發(fā)電機、線路、變壓器)的利用率；提高用戶用電設(shè)備（變壓器、線路、開關(guān))的利用率等等，這就是無功補償?shù)哪康摹?/p>

五、無功自動補償裝置的特點

它的重要特點就是直接對補償對象的無功功率采樣和計算，自動跟蹤補償對象的實際無功功率的需求量，并依據(jù)實際無功需求量來控制補償電容器的多級自動投切，基本上解決傳統(tǒng)控制器只采樣補償對象的功率因數(shù)和只設(shè)定電容器投切門限值，不考慮實際無功需求量而使無功補償中極易產(chǎn)生電容器投切振蕩和無功過補返送的問題。本裝置適用于380V三相四線的配電線路，它對于降低供電線路損失、提高設(shè)備供電能力、保證用戶用電質(zhì)量具有明顯的效果。

表1 補償前后各參數(shù)值比較（高峰時配電變壓器低壓側(cè)數(shù)據(jù)）

六、無功補償裝置的裝設(shè)位置

確定電容器裝設(shè)位置的原則是就近補償，但是需要綜合考慮開關(guān)裝置、建設(shè)投資、控制和管理等因素。電容器具體安裝位置：(1)并聯(lián)在電動機端子側(cè)。應(yīng)采用與電動機同時啟動與停止的控制方式，要注意當電容器容量較大時，需考慮兩個問題：①防止出現(xiàn)負荷倒送無功和電動機自勵磁發(fā)電現(xiàn)象；②避免補償電容引起諧振過電壓。(2)配電變壓器低壓母線側(cè)。這種補償方式應(yīng)用最廣泛，電容器柜并接于低壓母線，通過檢測變壓器出線電流與電壓的相位，控制電容器組的投切。現(xiàn)在無功功率自動補償控制器(或低壓功率因數(shù)補償控制器)產(chǎn)品很多，控制比較穩(wěn)定，技術(shù)比較成熟，可實現(xiàn)的功能有：欠流報警并切除步進電容器；過流報警過壓報警并切除步進電容器；失壓報警；全投入仍低于cos準設(shè)置值報警；錯誤cos準值報警；電容器電容量低于額定值70%時報警；溫度60℃報警70℃并切除步進電容器；諧波崎變率超過設(shè)置值報警并切除步進電容器等等。

七、補償效果與效益

由表1可以看出，補償前后效果十分明顯。特別是月低壓線損率下降了4.09個百分點，達到了節(jié)能降損的目的。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，月低壓線損率從14.35%降至10.26%，下降了4.09個百分點，此臺區(qū)月用電量為80MWh，月平均電價按0.521元/kWh計算，每月可節(jié)約電量為3.272MWh，每月可多收電費1704.71元。按每組電容器的價格為3000元計算成本，配電變壓器的容量200kVA，月用電量在10MWh左右，配備電容器為4組，共投資12000元，一年可收回投資，經(jīng)濟效益非常可觀。

無功補償可以減少功率損耗和電能損失，可以改善用戶的電壓質(zhì)量，使電壓損失DU有所下降，從而減少線路末端電壓的偏低。所以，搞好電網(wǎng)的無功補償對節(jié)能降損、提高電器設(shè)備的送電能力有著積極的意義。