工廠(chǎng)供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題研究

何麗萍

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430415)

工廠(chǎng)供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題研究

何麗萍

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430415)

對(duì)于工廠(chǎng)用電而言,工廠(chǎng)供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題尤為重要。本文首先分析了工廠(chǎng)供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾?其次,探討了無(wú)功補(bǔ)償提高功率因數(shù)的途徑,并將其應(yīng)用于某工廠(chǎng)供電系統(tǒng)中,得出結(jié)論:無(wú)功補(bǔ)償既能夠降低線(xiàn)路中的電壓波動(dòng)和電壓損失,減少電能損耗和功率損耗,又能夠充分利用設(shè)備容量,增加輸電能力和有功輸出能力,進(jìn)而達(dá)到提高供電質(zhì)量和節(jié)約電能的目的,值得推廣應(yīng)用。

工廠(chǎng) 供電系統(tǒng) 無(wú)功補(bǔ)償 節(jié)能

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%以上的發(fā)電量都用于工業(yè)用電，在工業(yè)生產(chǎn)中，電氣設(shè)備和電力線(xiàn)路的電能損耗占工廠(chǎng)電能消耗的20%～30%。因此，節(jié)約用電就顯得尤為重要，而提高工廠(chǎng)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)是一種較為有效的節(jié)能措施。根據(jù)國(guó)家的相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，高壓供電的工廠(chǎng)企業(yè)平均功率因數(shù)不低于0.95，而其他工廠(chǎng)企業(yè)不低于0.9，若無(wú)法達(dá)到，那么就必須開(kāi)展無(wú)功補(bǔ)償，由此可見(jiàn)，工廠(chǎng)供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題尤為重要。

2 工廠(chǎng)供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾?/h2>

2.1 改善電能質(zhì)量

能否有效地配置工廠(chǎng)供電系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，會(huì)直接關(guān)系到供電電壓質(zhì)量。那么可以看出，如果我們能夠合理安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，那么必然會(huì)改善工廠(chǎng)供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。

負(fù)荷(P+JQ)電壓損失△U，△U=(QX+PR)/U

式中，X——線(xiàn)路電抗，單位為Ω；P——輸送的有功功率，單位為kW； Q——輸送的無(wú)功功率，單位為kvar；U ——線(xiàn)路額定電壓，單位為kV；R 為線(xiàn)路電阻，單位為Ω；

將無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量Q c安裝后，線(xiàn)路電壓損失就會(huì)由原來(lái)的△U降為△U1

△U1=[PR+( Q-Qc)]X/U

很明顯可以看出，△U1＜△U，換而言之，就是在將無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量Qc安裝后，電壓損失減小了，減少了△U1-△U=QcX/U 。

由于線(xiàn)路電抗X的值越靠近線(xiàn)路末端越大，因此，將無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝在靠近線(xiàn)路末端位置的效果較佳。

2.2 降低電能損耗

表1 1#變壓器投入無(wú)功補(bǔ)償器前后數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 不同功率因數(shù)(cos φ )下的銅損的百分比

降低損耗節(jié)能是無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖顬橹饕哪康模缒彻╇娤到y(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蔖為定值，在將無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備加裝后，其功率因數(shù)由原來(lái)的cosφ提高到cosφ1，由于P=UIcosφ，cosφ與負(fù)荷電流I存在著反比關(guān)系，又由于P=I2R，可以看出，電流I的平方與線(xiàn)路有功損失存在著正比關(guān)系。一旦負(fù)荷電流I降低，cosφ升高，那么隨之而來(lái)的必然是線(xiàn)路有功損耗降低。此外，無(wú)功補(bǔ)償能夠讓功率因數(shù)提高，這樣一來(lái)，就會(huì)提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率，以及變壓器的供電能力。例如：某臺(tái)變壓器的功率因數(shù)cosφ=0.5，額定容量S=1 000 KVA，那么Pc(變壓器的供電能力)=S cosφ=500 KVA；若利用無(wú)功補(bǔ)償讓其功率因數(shù)變?yōu)?.8，那么Pc(變壓器的供電能力)也會(huì)由原來(lái)的500 KVA提高到800 KW。同理可以看出，若用電功率為定值，而變壓器的功率因數(shù)變大，那么其額定容量肯定會(huì)降低，這樣就大大提高了工廠(chǎng)供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量及穩(wěn)定性。

2.3 節(jié)省工廠(chǎng)企業(yè)的電費(fèi)開(kāi)支

通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償來(lái)提高功率因數(shù)，無(wú)疑會(huì)大幅度提高工廠(chǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具體計(jì)算方法是W=(1+a%)(F1+F2)

式中a%——功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)系數(shù)； F2——電量電費(fèi)，單位為元； F1——基本電費(fèi)，單位為元；W——當(dāng)月電費(fèi)，單位為元。

2.4 功率獎(jiǎng)勵(lì)的計(jì)算

工廠(chǎng)供電系統(tǒng)平均功率因數(shù)高于0.9，那么就會(huì)被供電部門(mén)給予一定的功率獎(jiǎng)勵(lì)

Y=A (cosφ2-0.9) ×0.15%×K

式中：K——每度工業(yè)用電價(jià)格；cosφ2——無(wú)功補(bǔ)償后的功率因數(shù)；Y——功率獎(jiǎng)勵(lì)，單位為元；A——工廠(chǎng)月用電量，單位為度。

3 無(wú)功補(bǔ)償提高功率因數(shù)的途徑

3.1 用同步補(bǔ)償器作無(wú)功補(bǔ)償

同步補(bǔ)償器是空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)其處于欠勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)下，就會(huì)向電力系統(tǒng)吸取無(wú)功功率；當(dāng)其處于過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行的狀態(tài)下，就會(huì)自動(dòng)向電力系統(tǒng)供給無(wú)功功率。但是同步補(bǔ)償器通常會(huì)附有起動(dòng)控制設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資成本大，維護(hù)工作量大，一般而言，對(duì)容量較大、長(zhǎng)期連續(xù)工作、恒速、低速的電動(dòng)機(jī)較為適用，但是不宜用于小容量的高速同步電動(dòng)機(jī)，既不能有效改善功率因數(shù)效果明顯，且極度不經(jīng)濟(jì)。

3.2 提高自然功率因數(shù)

(1)電磁開(kāi)關(guān)選用無(wú)壓運(yùn)行的類(lèi)型；

(2)對(duì)工藝流程進(jìn)行合理優(yōu)化，避免電動(dòng)機(jī)、機(jī)床、電焊機(jī)空轉(zhuǎn)；

(3)防止變壓器在低負(fù)荷下長(zhǎng)期運(yùn)行；

(4)對(duì)異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、輕負(fù)荷感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的容量和型號(hào)予以合理選用，使其接近滿(mǎn)載運(yùn)行。

3.3 用靜電電容器作無(wú)功補(bǔ)償

靜電電容器又被稱(chēng)為電力電容器或移相電容器，當(dāng)其與變壓器、電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，就會(huì)自動(dòng)抵消(補(bǔ)償)電壓感性電流相。將靜電電容器與用戶(hù)線(xiàn)路并聯(lián)后，即可大幅度降低前端電網(wǎng)上的無(wú)功電流，進(jìn)而補(bǔ)償無(wú)功消耗。用靜電電容器作無(wú)功補(bǔ)償，具有經(jīng)濟(jì)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，其補(bǔ)償方式分為三種，分別是集中補(bǔ)償、分組(分散)補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償。

(1)個(gè)別補(bǔ)償。個(gè)別補(bǔ)償也被稱(chēng)為隨機(jī)補(bǔ)償，是將電動(dòng)機(jī)的引出線(xiàn)端子直接與靜電電容器相連，二者共用一套開(kāi)關(guān)設(shè)備。個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：第一，能夠降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；第二，能夠減少配電網(wǎng)及配電變壓器的功率損耗；第三，能夠降低低壓配電線(xiàn)路、配電變壓器、供電網(wǎng)的負(fù)荷電流；第四，能夠降低開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器等容量。

············

(2)低壓分組補(bǔ)償。低壓分組補(bǔ)償是指在工廠(chǎng)車(chē)間變配電室母線(xiàn)上安裝靜電電容器，低壓分組補(bǔ)償既能夠降低所需電容器的總?cè)萘浚帜軌蛱岣哽o電電容器的利用率。同時(shí)，低壓開(kāi)關(guān)及保護(hù)裝置易于自動(dòng)控制，且價(jià)格低，可以讓配電變壓器、高壓線(xiàn)路的無(wú)功功率損耗，以及車(chē)間主變壓器的視在功率大幅度減少，值得注意的是，如果能夠在配電箱及低壓用電設(shè)備附近設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，那么補(bǔ)償效果通常會(huì)更佳。

(3)高壓集中補(bǔ)償。高壓集中補(bǔ)償是指在工廠(chǎng)總降壓變電所的6～10kV母線(xiàn)上安裝靜電電容器，高壓集中補(bǔ)償?shù)睦寐矢摺⑦\(yùn)行可靠，且易于安裝靜電電容器，但是高壓開(kāi)關(guān)及保護(hù)裝置價(jià)格較高，且很難降低工廠(chǎng)內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功功率，因此，高壓集中補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于個(gè)別補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償。

如果要統(tǒng)盤(pán)考慮個(gè)別補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償這三種補(bǔ)償方式，首先，個(gè)別補(bǔ)償適用于距離電源較遠(yuǎn)或長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的中小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；其次， 低壓分組補(bǔ)償適用于各配電饋線(xiàn)(尤其是負(fù)荷分布較為集中的)；最后， 高壓集中補(bǔ)償適用于配電容量較大、高壓用電設(shè)備數(shù)量較多的車(chē)間，這樣一來(lái)，既可以確保電壓質(zhì)量，提高全廠(chǎng)的功率因數(shù)，又能夠讓工廠(chǎng)內(nèi)部的功率損耗大幅度降低，以便能夠獲得較佳的節(jié)能效果。

4 工廠(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

由表1可以看出，某工廠(chǎng)1#變壓器投入無(wú)功補(bǔ)償器前后對(duì)比，功率因數(shù)由原來(lái)的0.791提高到了0.998，差值為0.207；而C 相電流、B相電流、A相電流分別降低了99A、85A、81A。隨著電流的減少，線(xiàn)路損耗及變壓器損耗都明顯降低。

由表2可以看出，銅損率隨著功率因數(shù)的增高而降低，進(jìn)而增強(qiáng)了變壓器的帶載能力，另外，國(guó)家法律法規(guī)明確規(guī)定，若工廠(chǎng)供電系統(tǒng)平均功率因數(shù)高于0.9，則會(huì)相應(yīng)減收電費(fèi)以示獎(jiǎng)勵(lì)；若工廠(chǎng)供電系統(tǒng)平均功率因數(shù)低于0.9，則會(huì)相應(yīng)增收電費(fèi)，甚至停止供電，以示懲罰。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，功率因數(shù)是工廠(chǎng)供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的主要衡量指標(biāo)。工廠(chǎng)供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償既能夠降低線(xiàn)路中的電壓波動(dòng)和電壓損失，減少電能損耗和功率損耗，又能夠充分利用設(shè)備容量，增加輸電能力和有功輸出能力，進(jìn)而達(dá)到提高供電質(zhì)量和節(jié)約電能的目的，值得推廣應(yīng)用。

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