淺析工廠供電無功補(bǔ)償

唐正杰

（蘭州鐵路技師學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

在工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，功率因數(shù)是一個(gè)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，功率因數(shù)反映的是用電設(shè)備的有功功率與視在功率的比值，我國(guó)有關(guān)電力規(guī)程規(guī)定，高壓供電的工廠，最大負(fù)荷的功率因數(shù)不得低于0.9，其他工廠，功率因數(shù)不得低于0.85。供電系統(tǒng)的功率因數(shù)反映了工廠或設(shè)備在生產(chǎn)過程中無功功率的變化情況，因此如何提高系統(tǒng)的有功功率，盡可能降低無功功率，即無功功率補(bǔ)償，對(duì)改善電能質(zhì)量和提高用電效率至關(guān)重要。

1 功率因數(shù)對(duì)工廠供電系統(tǒng)的影響

（1）在輸送的有功功率相同的情況下，較低的功率因數(shù)將導(dǎo)致系統(tǒng)電流增加。

工廠供電系統(tǒng)中，補(bǔ)償無功功率主要任務(wù)是降低損耗節(jié)能，增強(qiáng)供電能力，從而提高功率因數(shù)。主要的方法有兩種一是通過提高變壓器、電動(dòng)機(jī)負(fù)載率、調(diào)整負(fù)荷結(jié)構(gòu)，使功率因數(shù)達(dá)到最高；二是采用并聯(lián)電力電容器。根據(jù)補(bǔ)償裝置裝設(shè)地點(diǎn)的不同，工廠供電系統(tǒng)中電力電容器設(shè)置主要有高壓集中補(bǔ)償，低壓成組補(bǔ)償和單獨(dú)就地補(bǔ)償三種。如圖示：

圖1 并聯(lián)電容器在工廠供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置和補(bǔ)償效果

（2）由于在低功率因數(shù)情況下，變壓器輸出的有功功率減少，系統(tǒng)輸送有功成分減少，無功成分增加，降低了供電設(shè)備的有效利用率，無功功率補(bǔ)償如下式所示。

QC=Q30-Q30′=P30（tan?-tan?′）

其中，Q30為無功功率補(bǔ)償前的值、Q30′為無功功率補(bǔ)償后的值，tan?為補(bǔ)償前功率因數(shù)角的正切值、tan?′為補(bǔ)償后功率因數(shù)角的正切值。

在無功功率補(bǔ)償過程中，合理地選擇無功補(bǔ)償容量，對(duì)提高功率因數(shù)，調(diào)整電網(wǎng)電壓，提高供電質(zhì)量，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行都有著十分重要的作用。

2 無功補(bǔ)償方式的選擇

2.1 低壓集中補(bǔ)償

這種方式是把低壓電容器組集中裝設(shè)在車間變電所低壓380V母線上，實(shí)際補(bǔ)償容量隨自然功率因數(shù)的變化而調(diào)整，能補(bǔ)償?shù)蛪耗妇€前的高壓電網(wǎng)、地區(qū)電網(wǎng)和整個(gè)電力系統(tǒng)的無功功率，并且能使變壓器的視在功率減小，從而變壓器容量可選得小一些，比較經(jīng)濟(jì)，由于安裝在變電所低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)比較方便。對(duì)于工廠存在的諧波源，車間變壓器也起到了隔離和衰減諧波的作用，有利于低壓移相電容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 高壓集中補(bǔ)償

這種方式是把高壓電容器組集中裝設(shè)在工廠變配電所的6-10kV母線上，所以只能補(bǔ)償高壓一次側(cè)的無功功率，而二次側(cè)的線路并沒有得到無功補(bǔ)償，因而其經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較較差。但由于用戶6～10kV母線上無功功率變化比較平穩(wěn)，因而便于運(yùn)行管理和調(diào)節(jié)，而且利用率相對(duì)較高，還可以提高供電變壓器的負(fù)荷能力。從整體上看可以改善地區(qū)電網(wǎng)，甚至區(qū)域電網(wǎng)的功率因數(shù)，所以至今仍是城市及大中型工礦企業(yè)的主要無功補(bǔ)償方式。

2.3 單獨(dú)就地補(bǔ)償

單獨(dú)就地補(bǔ)償，也叫做分散就地補(bǔ)償，是把并聯(lián)電容器組分別裝設(shè)在各組用電設(shè)備或單獨(dú)的大容量設(shè)備旁邊。這種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償安裝部位以前的所有高低壓線路和電力變壓器的無功功率，其補(bǔ)償效果較好，補(bǔ)償范圍大，因此可以優(yōu)先考慮。但此方式設(shè)備投資較大，且電容器在被補(bǔ)償?shù)挠秒娫O(shè)備停止工作時(shí)也被一并切除，所以設(shè)備利用率相對(duì)較低，同時(shí)增加了管理上的不便。單獨(dú)就地補(bǔ)償適用于個(gè)別容量較大且位置單獨(dú)的負(fù)荷，比如大容量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。特別適用于負(fù)荷平穩(wěn)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，還適用于容量雖小但數(shù)量多且長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備，比如熒光燈等。

當(dāng)裝有就地補(bǔ)償電容器的單臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)突然斷電時(shí)，電容器就會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)放電，從而產(chǎn)生自勵(lì)磁現(xiàn)象；若補(bǔ)償容量過大，又可能因電動(dòng)機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生過電壓，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。所以，要求電容器(組)的放電電流不得大于電動(dòng)機(jī)空載電流，即

式中，UN為供電系統(tǒng)額定線電壓(V)；I0為電動(dòng)機(jī)額定空載電流(A)。

3 結(jié)論

綜上所述，在實(shí)際應(yīng)用中，如果能把三種補(bǔ)償方式結(jié)合運(yùn)用，合理布局，便可取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于補(bǔ)償容量相對(duì)較大的工廠，需采用高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償相結(jié)合的方法，對(duì)于電力負(fù)荷分散及補(bǔ)償容量較小的工廠，只需采用低壓補(bǔ)償。在無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況靈活的加以運(yùn)用。另外，在無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)過程中，合理地選擇無功補(bǔ)償容量，對(duì)提高功率因數(shù)、調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行都有著十分重要的作用。

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