淺談低壓無(wú)功補(bǔ)償在工廠中的實(shí)用方案

伍振藍(lán)

摘要：在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，很多工廠里絕大部分的用電設(shè)備都是電動(dòng)機(jī)，而供電系統(tǒng)中類似于電動(dòng)機(jī)這樣的感性負(fù)載過(guò)多，將會(huì)導(dǎo)致供電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，從而影響到供電的可靠性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性。合理的選用低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置及補(bǔ)償方案，可以很好的解決此類問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：工業(yè);功率因數(shù);低壓;補(bǔ)償方案

前言

隨著我國(guó)人力成本的不斷提高，現(xiàn)代工廠在生產(chǎn)過(guò)程中，很大程度上都是依賴電力能源，而電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，在各行各業(yè)中都是必不可少的。我們都知道，電動(dòng)機(jī)屬于感性負(fù)載，它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程中，不僅要消耗有功功率，也要從電網(wǎng)中吸收一定的無(wú)功功率，用來(lái)維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，合理的選擇補(bǔ)償方案，可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少供電系統(tǒng)的損耗，節(jié)約能源。另外，提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)還可以減少供電公司對(duì)生產(chǎn)企業(yè)力調(diào)電費(fèi)的罰款，甚至可以得到考核獎(jiǎng)勵(lì)。而不合理的補(bǔ)償方案，不僅起不到補(bǔ)償效果，還可能會(huì)損壞補(bǔ)償電容及其附件，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

本文主要對(duì)當(dāng)前企業(yè)常用的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)中，關(guān)于補(bǔ)償容量、投切震蕩以及電容器的幾種搭配方案來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

一、補(bǔ)償容量的計(jì)算

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的運(yùn)行負(fù)載是在不斷波動(dòng)的，因此系統(tǒng)所需的無(wú)功量也在不斷變化。而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要滿足系統(tǒng)在滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下所需的補(bǔ)償容量。

隨著時(shí)代的進(jìn)步，新一代高效節(jié)能電機(jī)的自然功率因數(shù)也在不斷提高，例如YE3系列超高效率電機(jī)，其功率因數(shù)最高可達(dá)到0.91.因此，一般以電動(dòng)機(jī)為主要負(fù)載的現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)，正常情況下滿載運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中所需的補(bǔ)償容量大概只占變壓器總?cè)萘康?0%左右。但是，現(xiàn)代低壓補(bǔ)償電容器一般都采用自愈式低壓并聯(lián)補(bǔ)償電容，由于存在自愈過(guò)程，它的容量也會(huì)不斷衰減，因此要考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行后的電容損失。所以通常大部分企業(yè)的補(bǔ)償經(jīng)驗(yàn)系數(shù)都取值0.3，即以變壓器總?cè)萘康?0%左右來(lái)選擇補(bǔ)償容量為宜。

二、補(bǔ)償方案的選擇

2.1、常用補(bǔ)償控制器的投切邏輯

首先，我們要簡(jiǎn)單了解一下常用的補(bǔ)償控制器的工作原理，通常來(lái)說(shuō)，控制器都不具備自動(dòng)識(shí)別電容器容量的能力，它都是根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的邏輯程序來(lái)發(fā)送投切信號(hào)。一般有三種邏輯控制：

I、先投后切，這種模式的缺點(diǎn)是導(dǎo)致先投入的電容器長(zhǎng)時(shí)間工作，不利于電容器的使用壽命。

II、先投先切，這種模式會(huì)循環(huán)投切各回路，實(shí)現(xiàn)每個(gè)電容器的均衡投切，有利于電容器的使用壽命。

III、智能投切，需要用戶錄入的各回路電容容量，控制器會(huì)計(jì)算出系統(tǒng)中的無(wú)功需量，對(duì)各回路進(jìn)行篩選投切，只有比較高端的控制器才可以實(shí)現(xiàn)此功能。

2.2、投切震蕩

投切震蕩指的是電容容量選擇不合理，或投切門限之間的數(shù)值設(shè)置不合理，導(dǎo)致投入電容時(shí)過(guò)補(bǔ)償，切除電容時(shí)欠補(bǔ)償，因此控制器會(huì)頻繁發(fā)出投切信號(hào)，影響到交流接觸器、電抗器與電容器的壽命。

在無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，投切震蕩是造成設(shè)備損壞的重要因素。

2.3、如何避免投切震蕩

I、加大投切門限之間的數(shù)值，要確保在投切某一組電容時(shí)，不會(huì)立刻引起過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。另外，還要適當(dāng)?shù)脑黾油肚醒訒r(shí)時(shí)長(zhǎng)，最后設(shè)置在15秒以上，以避免類似于電焊機(jī)、空壓機(jī)，電磁閥等短時(shí)負(fù)載的影響。通過(guò)這兩項(xiàng)設(shè)置，在功率因數(shù)精度要求不高的情況下，可以很好的避免投切震蕩。

II、合理的搭配電容器容量也可以避免投切震蕩。有些企業(yè)為了整齊美觀，補(bǔ)償柜往往都是選用統(tǒng)一容量的電容器，這就會(huì)造成控制器無(wú)論以哪種邏輯方式運(yùn)行，都無(wú)法篩選出合適的容量。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，如果采用不同容量大小的電容器進(jìn)行組合搭配，不僅可以提高功率因數(shù)的精度，還可以有效避免出現(xiàn)投切震蕩。

2.4、補(bǔ)償方案對(duì)比

方案一：采用先投后切的邏輯控制時(shí)，電容器容量適合由大到小的順序排列，通常情況下，前幾組較大容量的電容器會(huì)形成固定投入的狀態(tài)，而后幾組較小容量的電容器在系統(tǒng)變化時(shí)，可以起到功率因數(shù)微調(diào)的作用。這種方案的優(yōu)勢(shì)是可以快速補(bǔ)償至目標(biāo)功率因數(shù)，且正常運(yùn)行時(shí)的投切頻率很低。而該方案的缺陷是，電容器組投切不均衡，有的長(zhǎng)期工作，有的長(zhǎng)期不工作，會(huì)影響電容器的使用壽命。

方案二：采用先投先切的邏輯控制時(shí)，電容器容量適合由小到大的順序排列，這種方案的優(yōu)勢(shì)是每組電容器都會(huì)均衡投切，可以更好的延長(zhǎng)使用壽命。但是其投切的頻率較方案一要偏高。

方案三：采用智能投切的邏輯控制時(shí)，則對(duì)電容容量大小的排列順序沒(méi)有要求，用戶只需要將每組電容器的容量錄入到控制內(nèi)相對(duì)應(yīng)的回路，在運(yùn)行過(guò)程中，控制器會(huì)根據(jù)采樣參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算無(wú)功需量，然后選擇性的投切電容，并且還會(huì)統(tǒng)計(jì)每組電容器的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，自動(dòng)進(jìn)行均衡投切。相對(duì)于前兩個(gè)方案而言，其投入稍微偏高一點(diǎn)，且需要人工進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種邏輯控制更加經(jīng)濟(jì)可靠。

三、串聯(lián)電抗器的選擇

3.1串聯(lián)電抗器的作用

電容器在投入的瞬間，會(huì)產(chǎn)生額定電流5倍以上的合閘涌流，會(huì)對(duì)電容器及斷路器造成危害，增加串聯(lián)電抗器可以有效限制涌流，起到抑流作用。另外，一個(gè)企業(yè)的電力系統(tǒng)中或多或少都存在一定諧波污染源，如變頻器、整流器等，合理選用串聯(lián)電抗器雖然不能完全濾除諧波，但是可以有效防止諧波侵入電容器，造成電容器損壞，不會(huì)引起諧波放大。

3.2、串聯(lián)電抗器的選擇

通常來(lái)說(shuō)，串聯(lián)電抗器的型號(hào)是根據(jù)用戶的需要來(lái)進(jìn)行搭配的，在選擇串聯(lián)電抗器的時(shí)候，主要參數(shù)有額定電壓、電抗率及電抗容量：

I、額定電壓：低壓常用450V以上。

II、電抗率：根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，電力系統(tǒng)中5次以上諧波較多的選用7%（諧振頻率189）為宜，3次以上諧波較多的選用14%（諧振頻率134）為宜。

III、電抗容量：電抗器的容量速算就是用配套電容器容量乘以電抗率，例如30Kvar的電容器，配套7%電抗率，那么氣電抗器的容量就是30×7%=2.1Kvar。

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的分析總結(jié)，我們可以清晰的知道，在現(xiàn)代工廠低壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)用中，首先要根據(jù)自身的負(fù)載特性，選擇合適的容量，然后再根據(jù)不同的邏輯控制方式，來(lái)搭配不同的電容器組合順序，才可以起到好的補(bǔ)償作用。

而對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果電容器的選用不合理，或者搭配不合理，不僅起不到較好的補(bǔ)償效果，反而會(huì)引起投切震蕩，非常容易損壞電容器、控制器及接觸器等元件，從而增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉華云.對(duì)電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)奶接憽続】.科學(xué)之友（B版），2007，09-0003-02

[2]王強(qiáng)，聶軍.配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)比較.山西電力.2005

[3]李輝 婁林毅 李燕 楊濤.電容器保護(hù)中電抗器的選擇計(jì)算.電子技術(shù)與軟件工程.2015.07期

（作者單位：廣西銀億新材料有限公司）