高壓并聯電容補償裝置在鋼鐵企業供電系統的應用理論與實踐分析

董立剛

【摘 ?要】利用電容補償改造鋼鐵企業供電系統，提高供電網路功率因數，減少無功損耗，提高供電質量，提高電網安全運行，改善設備運行電壓，延長設備使用年限。電容補償方法與所需電容容量的選擇。

【關鍵詞】電容器;介質和極板;變壓器;電容容量;有功功率;無功功率;視在功率

引言

在鋼鐵企業安全生產過程中，鋼鐵企業供電系統負載多，尤其煉鐵車間，煉鋼車間，負載功率因數低，無功功率的存在造成有功損耗增大，供電網路功率因數的高低直接影響鋼鐵企業的經濟效益及供電網路的安全運行。在鋼鐵企業供電系統中，存在用電設備多，分布廣，供電電纜線路長，造成供電線路損耗大;用電設備大多感性負載，造成功率因數低，無功功率損耗大，所需變壓器的容量增大，造成投資增大;用電設備頻繁起動，造成供電網路電壓不穩定，影響供電網路安全運行。因此鋼鐵廠供電系統利用電容補償有利于提高功率因數，穩定電壓，降低損耗，對供電安全運行、提高經濟效益具有主要作用。

1.并聯電容器裝置的特點意義

電壓質量是衡量電力系統電能質量的重要指標之一，它的好壞不僅關系向電力用戶提供電能質量的優劣而且還直接影響電網的安全、經濟運行。電壓質量主要取決于電力系統無功潮流分布是否合理，若無功電源容量不足，系統運行電壓將難以保證。

隨著電網容量的不斷增加，對電網無功功率的要求也與日增加。網絡功率因數和電壓的降低會使電氣設備得不到充分利用，從而降低網絡的傳輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好電網無功補償，提高功率因數，從而節約電能，對提高運行質量具有非常重要的意義。

1.1 無功補償可提高功率因數

1.2 無功補償可降低輸電線路及變壓器的損耗

電能從發電廠傳輸到用電設備，在輸變電設備中所產生的有功功率損耗叫作電網損耗，簡稱線損。它是表征整個電網建設、管理、運行水平的一個重要的綜合指標。

1.3 無功補償可改善電壓質量

當線路中，無功功率Q減小以后，電壓損失ΔU也就減小了。在線路中因為線路感抗XL >>線路的總電阻R，因此，無功功率Q對線路電壓變化的影響因素比有功功率P要更大。在供電設備的容量（即視在功率S）一定時，若補償前功率因數角為φ1，供電電設備能提供的最大有功功率為P，如果補償后（補償容量ΔQ=Q1-Q2）功率因數角減小到φ2，則設備能提供的最大有功功率P也隨之增大到P+ΔP。可見，無功補償提高了供電設備的有功出力。

2.并聯電容器補償的分組形式

2.1集中補償

電容器組集中裝設在鋼鐵企業總降變電所的6-10KV母線上，用來提高整個變電所的功率因素，使該變電所在供電范圍內無功功率基本平衡。這種方式可以減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質量。

2.2分散補償

電容器組分別裝設在功率因素較低的煉鐵車間，煉鋼車間或者變電所或電網母線上，這種方式具有與集中補償相同的優點，但無功補償容量和范圍相對較小，而降損效果更加明顯，因而采用的比較普遍。

2.3就地補償

電容器或者電容器組裝設在異步電動機或感性用電設備附近，就地進行無功補償，這種方式結構簡單，成本低，既能提高用電設備供電回路功率因素，又能改善電壓質量適用于中小型設備。

3.并聯電容補償在鋼鐵企業供電系統的電容容量的選擇

并聯電容器補償容量的選擇，可根據使用目的不同，從提高功率因數需要、提高運行電壓和降低線路損失等因素來確定。

3.1 ?從提高功率因數需要確定補償容量

按改善功率因數確定補償容量的方法簡便、明確，為國內外所通用。按改善功率因數確定無功補償容量時，cosφ1應采用最大負荷月平均功率因數， cosφ2確定必須適當。通常，將功率因數從0.9提高到1所需的補償容量，與將功率因數從0.72提高到0.9所需的補償容量相當。因此，在功率因數高的情況下進行補償，其效率明顯下降。這是因為在高功率因數下，cosφ曲線的上升率變小，因此，提高功率因數所需的補償容量將要相應的增加。

3.2從提高運行電壓需要來確定補償容量

在配電線路的末端，特別是重負荷、細導線的線路運行電壓較低，加裝電容器以后，可以提高運行電壓，這就可能在補償電容過大時產生過電壓，選擇多大的補償電容合理是個問題。此外，在網絡電壓正常的線路中，裝設電容時，網絡電壓的壓升也不能越限。為了滿足這一約束條件，也必須求出無功容量Q與網絡電壓增量△U之間的關系。

4.高壓并聯電容補償裝置鋼鐵企業供電系統的應用實踐

4.1河鋼集團宣化鋼鐵有限公司1800噸煉鐵高爐的應用

2005年10月在河鋼集團宣化鋼鐵有限公司1800噸煉鐵高爐，安裝了一套GWBZ-10無功自動補償裝置，安裝總容量6000kvar，分5組自動投切。補償裝置投運后，自動跟蹤負荷變化，功率因數穩定在0.95～0.98。負荷高峰時，總電流由補償前的380A減小到310A，大大降低了線路損耗，平均每年減少電量費近30萬kWh，效果非常顯著。

4.2江蘇鑌鑫鋼鐵集團煉鐵車間的應用

江蘇鑌鑫鋼鐵集團煉鐵車間，兩段母線原各有一組固定電容器，由于補償容量不足，負荷變化大且頻繁功率，致使無功嚴重不足，因數最低時僅有0.61，電壓波動大，母線電壓經常超限，影響設備的正常運行。2006年6月對該補償設備進行了改造，每段母線各安裝一套GWBZ-6補償裝置，每套總容量4200kvar，采用基礎容量加調節容量的分組方式。具體方案是：把其中的1200kvar作為基礎容量固定補償，用單獨的開關柜控制。其余3000kvar平均分成5組，每組600kvar，作為調節容量，分組循環投切。用一臺控制器對兩臺主變和兩段母線的10組電容器進行綜合控制。改造設備投運后，功率因數控制在0.94～0.98，也保證了電壓穩定，年統計電壓合格率由原來的96.6%提高到了99.7%，滿足了設備的正常運行，效果十分明顯。

4.3唐山鑫達鋼鐵集團煉鋼車間的應用

唐山鑫達鋼鐵集團煉鋼車間2012年7月新建110/10.5kV變電站，需要設計安裝補償裝置，考慮負荷經常變化，選用了可分組投切的高壓并聯電壓無功綜合自動調節裝置。裝置總容量6000kvar，平均分成6組，每組1000kvar，為抑制五次以上諧波，每組配用電抗率6%的串聯電抗器。對主變調壓和電容器投切進行綜合控制。設備投運后，電壓合格的基礎上，平均功率因數0.95。由于采用電壓無功綜合控制，主變有載調壓開關的動作次數明顯少于其它同類設備，提高了系統的安全運行系數，設備運行效果明顯。

5.結語

選用合理的電容容量補償鋼鐵企業供電系統，變電站總降，及煉鐵車間高爐，煉鋼車間供電系無功功率，可提高功率因數，提高設備出力，降低無功功率損耗和電能損失，改善鋼鐵企業供電系統供電質量，利于供電網路的安全運行。當電網無功補償前功率因數為0.6～0.75，補償后提高到0.9～0.95時，可提高井下供電設備與電纜的供電能力約30～40%;降低供電系統損耗，一般可減少變壓器線路損失30～50%;減少供電系統電壓降，提高電網質量，減少機電事故;對供電距離遠的負載，可減少電網電壓降4～5%，電動機起動力矩和過載能力增加。

參考文獻

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