無功功率補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)分析

吉林森林工業(yè)股份有限公司臨江刨花板分公司 王兆勇

一、前言

交流異步電動(dòng)機(jī)在工礦企業(yè)中，不少電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率低，經(jīng)常處于輕載或空載狀態(tài)，功率因數(shù)普遍不高。無功功率相對于有功功率的百分比更大，不但浪費(fèi)電能，而且降低了異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)?，F(xiàn)在國家非常重視節(jié)能減排的工作，因此在這種趨勢下，對異步電動(dòng)機(jī)采用無功功率補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少運(yùn)行費(fèi)用，是非常必要的，同時(shí)也給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益。

二、無功功率補(bǔ)償?shù)姆N類

1、集中補(bǔ)償

在高低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器，電容器接在配電母線上，補(bǔ)償供電范圍內(nèi)的無功功率。

2、組合就地補(bǔ)償（分散就地補(bǔ)償）

電容器接在高壓配電裝置或動(dòng)力箱的母線上，對附近的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償。

3、單獨(dú)就地補(bǔ)償

將電容器裝于箱內(nèi)，放置在電動(dòng)機(jī)附近，對其單獨(dú)補(bǔ)償。

三、無功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x

1、改善設(shè)備的利用率

根據(jù)（3-1）公式可知，在一定的電壓和電流下，提高功率因數(shù)，其輸出的有功功率越大。因此，改善功率因數(shù)是發(fā)揮供電設(shè)備潛力，提高設(shè)備利用率的有效方法。

2、減少供電系統(tǒng)中的電壓損失

根據(jù)（3-2）公式可知，供電系統(tǒng)的電壓損失為

△U=PR+QX/UN…（3-2）

當(dāng)功率因數(shù)越高時(shí)，說明通過線路上無功功率越小，則線路上電壓損失越小，也就改善了電壓質(zhì)量。

3、減少供電系統(tǒng)中的功率損耗

當(dāng)線路通過電流I時(shí)，其有功損耗為：

ΔP=3I2R

可見，線路的功率損耗ΔP與cosφ2成反比，cosφ越高，功率損耗就越小。

4、提高供電系統(tǒng)的傳輸能力

視在功率與有功功率的關(guān)系為P＝Scosφ，可見在傳送一定有功功率P的條件下，cosφ越高，所需視在功率就越小。

四、就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)分析

1、電容補(bǔ)償應(yīng)注意的問題

（1）防止產(chǎn)生自勵(lì)。

采用電容器就地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，切斷電源后，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)電容器的放電電流成為勵(lì)磁電流，如果電容過補(bǔ)償，就可使電動(dòng)機(jī)的磁場得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓。

（2）防止過電壓。

當(dāng)電容器補(bǔ)償容量過大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓升高并會(huì)導(dǎo)致電容器損壞。我國并聯(lián)電容器國標(biāo)規(guī)定：“工頻長期過電壓值最多不超過1.1倍額定電壓?！?/p>

（3）防止產(chǎn)生諧振。

（4）防止受到系統(tǒng)諧波影響。

對于有諧波源的供電線路，應(yīng)增設(shè)電抗器等措施，使諧波影響不致造成電容器損壞。

2、兩者比較

就地補(bǔ)償較集中補(bǔ)償，更具節(jié)能效果。

五、電容補(bǔ)償容量的選定

1、集中補(bǔ)償容量確定

先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定有功功率P30和無功功率Q30，補(bǔ)償前自然功率因數(shù)為cosφ1，要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)為cosφ2。則

QC=αP30（tgφ1－tgφ2)

α為平均負(fù)荷因數(shù)。

2、電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償電容器容量確定

就地補(bǔ)償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵(lì)磁電流，因?yàn)椴皇闺娙萜髟斐勺詣?lì)是選用電容器容量的必要條件。負(fù)載率越低，功率因數(shù)越低；極數(shù)愈多，功率因數(shù)越低；容量愈小，功率因數(shù)越低。但由于無功功率主要消耗在勵(lì)磁電流上，隨負(fù)載率變化不大，因此應(yīng)主要考慮電動(dòng)機(jī)容量和極數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，才能得到最佳補(bǔ)償效果。

六、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行補(bǔ)償容量（KVAR）的確定

根據(jù)實(shí)際情況得出經(jīng)濟(jì)運(yùn)行補(bǔ)償容量公式：

在380V網(wǎng)絡(luò)中，一般均用低壓電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，每千乏電容器的功率損耗為0.004KW，放電裝置的功率損耗約為0.001（KW/KVAR)。因此，380V網(wǎng)絡(luò)中電容無功補(bǔ)償裝置的功率損耗系數(shù)為Kc=0.005（KW/KVAR)。

不難看出；K2c<<1

此外，變壓器的星型等值電阻折算到高壓側(cè)的阻值用Rb表示，則

根據(jù)上述情況，忽略K2c，并將式（6-2）代入式（6-1），便可得簡化而實(shí)用的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行補(bǔ)償容量計(jì)算公式

式中，P是變壓器低壓側(cè)有功負(fù)荷（KW）；Q是變壓器低壓側(cè)無功負(fù)荷（KVAR）；Se是變壓器額定容量（KVA）；Pd是變壓器的有功短路損耗（KW）；Qd是變壓器滿載無功損耗增值（KVAR）；PK是變壓器的空載有功損耗（KW）；QK是變壓器的空載無功損耗（KVAR）；Rb是變壓器星形等值電阻折算到高壓側(cè)的阻值（Ω）；R是電源線路導(dǎo)線電阻（Ω）；Ue是變壓器高壓側(cè)線電壓（V）；KC是補(bǔ)償裝置的功率損耗系數(shù)（KW/KVAR），對低壓電容補(bǔ)償裝置：

KC=0.005（KW/KVAR)；K=1.22

在高壓供電高壓量電的工廠中，應(yīng)該在變壓器高壓側(cè)計(jì)算（或測定）功率因數(shù)；在高壓供電低壓量電和低壓供電低壓量電的工廠中，應(yīng)計(jì)算（或測定）低壓側(cè)的功率因數(shù)。

七、結(jié)合工程實(shí)例談電容補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

以某大型項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目設(shè)備裝機(jī)容量約為21000多千瓦，其中高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備容量為5400多千瓦，其他低壓設(shè)備容量為5000多千瓦。供電電源的電壓等級為10kV。本著“節(jié)能、高效”的方針，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析，采用10kV作為高壓電動(dòng)機(jī)的供電電壓等級，投資較省，同時(shí)亦減少變電環(huán)節(jié)，也就減少了故障點(diǎn)。

在這個(gè)項(xiàng)目中，采用高壓電容器就地補(bǔ)償，與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切。高壓電容器組放置在電動(dòng)機(jī)附近。高壓就地補(bǔ)償裝置以并聯(lián)電容器為主體，采用熔斷器做保護(hù)，裝設(shè)避雷器用于過電壓保護(hù)，串聯(lián)電抗器抑制涌流和諧波。這樣，不僅提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，降低了線路損耗，同時(shí)釋放了系統(tǒng)容量，縮小了饋電電纜的截面，節(jié)約了投資。對于低壓電動(dòng)機(jī)布置較分散，因此，在變電所變壓器低壓側(cè)采用電容器組集中自動(dòng)補(bǔ)償。

八、總結(jié)

對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果是有目共睹的，在應(yīng)用的過程中，還應(yīng)該在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，來決定是采用集中補(bǔ)償還是就地補(bǔ)償，還是兩者綜合采用，從而達(dá)到使電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。