淺談如何補(bǔ)償機(jī)場低壓電站的功率因素

張磊

摘要：本文主要是描寫了機(jī)場低壓電站中出現(xiàn)功率因數(shù)過低的問題；進(jìn)而分析了低壓集中補(bǔ)償方式、用戶終端分散補(bǔ)償方式和配電網(wǎng)無功補(bǔ)償遇到的問題。

關(guān)鍵詞：低壓電站，功率因素；補(bǔ)償

科學(xué)研究證明，在電壓和功率一定的情況下，用電設(shè)備的功率因數(shù)越低，所需電流就會越大，因此，線路損耗就會相應(yīng)增加，并導(dǎo)致供電設(shè)備不能充分利用電能，針對這種情況，必須要采取措施提高功率因數(shù)。理論上，電感性負(fù)載一旦接入電力系統(tǒng)，則會降低電力系統(tǒng)功率因數(shù)，而當(dāng)并聯(lián)電容器后，由于容性無功功率P。可以補(bǔ)償感性無功功率PL，這樣便可使負(fù)載所需的無功功率部分或全部就地解決，以至于清除由電源供給的電流無功分量。在往外輸送電能時，由于功率因素得到改善，減少了有功功率的損耗和電壓的損失。

一、機(jī)場低壓電站的現(xiàn)狀

目前，機(jī)場小型變配電站數(shù)量較多，而且距機(jī)場總開閉所的距離比較遠(yuǎn)，有的甚至達(dá)到十兒公里。而機(jī)場低壓電站的用戶純電阻負(fù)載少，感性負(fù)載數(shù)量多，容量大，導(dǎo)致了各電站功率因數(shù)普遍較低，電能使用效率不高；同時輸電線路需增大電流，使電纜溫度升高，損耗大，給機(jī)場的供電保障帶來一定的隱患。有的機(jī)場供電系統(tǒng)多次出現(xiàn)跳閘，有的機(jī)場出現(xiàn)危及上一級電站的供電事故征兆。這些都影響了低壓電站的穩(wěn)定性，說明了功率因數(shù)的數(shù)值對電站的重要性。

二、并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)姆椒?、前景和面臨的幾個問題

（一）補(bǔ)償方法

一般配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方式有：變電站集中補(bǔ)償方式、低壓集中補(bǔ)償方式、桿上無功補(bǔ)償方式和用戶終端分散補(bǔ)償方式。其中變電站集中補(bǔ)償和桿上無功補(bǔ)償適用于lOkV電壓等級的電站補(bǔ)償，而另兩種則用于低壓電站。

（1）低壓集中補(bǔ)償方式：現(xiàn)階段國內(nèi)、軍用機(jī)場較普遍采用的一種無功補(bǔ)償方式是在配電變壓器380V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾十至幾百kvar不等，根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。主要日的是提高專用變壓器用戶的功率因數(shù)，實現(xiàn)無功的就地平衡。這對配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用，也有助于保證該用戶的電壓水平。這種補(bǔ)償方式的投資及維護(hù)均由專用變壓器用戶承擔(dān)。日前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動補(bǔ)償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進(jìn)行電容器的自動投切的，也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進(jìn)行控制的。這種補(bǔ)償方式雖然有助于保證用戶的電能品質(zhì)，但對電力系統(tǒng)并不可取。因為線路電壓的波動卞要由無功分量變化引起，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的。當(dāng)線路電壓偏高或偏低時，無功的投切量可能與實際需求相差很遠(yuǎn)，出現(xiàn)無功過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。對軍用機(jī)場配電系統(tǒng)來說，除了專用變壓器以外，還有許多其它變壓器，它們的供電比較分散，安裝在戶外桿架上，進(jìn)行低壓集中補(bǔ)償是不現(xiàn)實的。導(dǎo)致配電網(wǎng)補(bǔ)償受到限制。

（2）用戶終端分散補(bǔ)償方式：現(xiàn)機(jī)場中低壓用戶的用電量大幅增長，電動機(jī)等用電設(shè)備對無功需求很大，直接對用戶末端進(jìn)行無功補(bǔ)償，將會最恰當(dāng)?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡(luò)的電壓水平。GB50052-1995供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范指出：容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)目經(jīng)常使用的用電設(shè)備，無功負(fù)荷宜單獨就地補(bǔ)償。因此，軍用機(jī)場中使用的電動機(jī)應(yīng)該就地?zé)o功補(bǔ)償，即隨機(jī)補(bǔ)償；而機(jī)場內(nèi)其他用戶，可相對集中在低壓電站中，進(jìn)行終端無功補(bǔ)償。這種方式線損小，電壓損失少，能提高線路供電能力。不利之處是：低壓無功補(bǔ)償按照配電變壓器低壓側(cè)最大無功需求來確定安裝容量，而各變壓器低壓負(fù)荷波動的不同性造成大量電容器在輕載時的閑置，設(shè)備利用率不高。

（二）前景

功率因數(shù)是衡量一個變配電站的重要參數(shù)。功率因數(shù)對家庭用戶來講，只涉及到電費多少的問題，而對上一級供電單位來說，涉及到了電纜材料及其線徑，送電距離，環(huán)境溫度和相對濕度等。因此，對電站而言，不僅要將功率因數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，同時還要對無功電流準(zhǔn)確跟蹤，適時投切補(bǔ)償裝置，以使補(bǔ)償達(dá)到最佳狀態(tài)。

機(jī)場用電的時間累計較長，用電負(fù)荷較大，低壓電站的功率因數(shù)長期在0.50左右，有時甚至更低，這就導(dǎo)致了一系列后果，也造成了一定的損失。如某場站在裝備了新型夜航燈光系統(tǒng)后，從機(jī)場總變電所輸送到燈光值班室的電纜容量是足夠的，但在夜航保障中一送電，低壓電站的自動空氣開關(guān)立即跳閘。在對問題進(jìn)行分析后才知道，原來是電感性負(fù)載較大，而該電站的用電情況是：高峰期間約為60kW，導(dǎo)致電站的功率因數(shù)只有0.60，電纜中流過的相當(dāng)一部分是無功分量電流，只有設(shè)法降低這部分無功電流，使電纜中傳送的功率盡可能接近有功功率，電纜中的電流就會大大減小。因此只能采用電容補(bǔ)償技術(shù)來解決這個問題。我們就地取材，利用電站原有的一組電容器及一組配電柜，對用電情況進(jìn)行了計算，相對應(yīng)地將電容器接入系統(tǒng)。經(jīng)過改造后，此電站的電壓保持平穩(wěn)，在用電高峰時未出現(xiàn)過跳閘。

(三)并聯(lián)電容器需注意的問題

(1)電容器的選擇：包括類型、容量及接線方式，電容器宜采用自愈式電容器，它在被擊穿時使金屬層蒸發(fā)，介質(zhì)迅速恢復(fù)絕緣性能；體積小、質(zhì)量輕損耗低及溫度低，可做到無油不燃，避免火災(zāi)危險；內(nèi)部配有保護(hù)裝置，當(dāng)元件永久性擊穿時可自動斷路。電容器的安裝容量可按變壓器容量的10%一30%確定。低壓電容器組卞要采用二角形接線。

(2)投切裝置的選擇：包括邏輯判斷裝置和執(zhí)。行裝置。低壓并聯(lián)電容器應(yīng)采用自動投切，自動投切的控制量有無功功率、電壓、時間和功率因數(shù)(如JKG系列)。接觸器是重要配套元件，由于電容器是特殊設(shè)備，在投入瞬間會產(chǎn)生相當(dāng)大的涌流，超過數(shù)倍電容器額定電流，所以應(yīng)采用專用電容器投切接觸器。

(3)動安裝補(bǔ)償電容器后可能出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)：在安裝完補(bǔ)償電容器后，由于計算上的誤差或者負(fù)載的波動，有可能會出現(xiàn)這兩方面的問題。無論是過補(bǔ)還是欠補(bǔ)，都會對電壓參數(shù)造成不必要的波動，因此，在計算時要有專業(yè)人員參加，盡量減少這兩者的危害。

三、配電網(wǎng)無功補(bǔ)償遇到的問題

隨著對機(jī)場配電網(wǎng)建設(shè)的重視和無功補(bǔ)償技術(shù)的日益完善，低壓側(cè)無功補(bǔ)償技術(shù)在配電系統(tǒng)中也開始普及。從靜態(tài)補(bǔ)償?shù)絼討B(tài)補(bǔ)償，從有觸點補(bǔ)償?shù)綗o觸點補(bǔ)償，己取得了一些成功，但也存在兒個問題：

（1）優(yōu)化的問題。無功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點往往放在用戶側(cè)，只注意補(bǔ)償用戶的功率因數(shù)。要真正實現(xiàn)有效的降損，必須從電力系統(tǒng)角度出發(fā)，通過計算全網(wǎng)的無功，確定配電網(wǎng)的補(bǔ)償方式、最優(yōu)補(bǔ)償容量和補(bǔ)償?shù)攸c，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益。無功優(yōu)化配置的日標(biāo)是在保證電網(wǎng)電壓水平的同時盡可能降低網(wǎng)損。

（2）測量的問題。380V低壓終端用戶通常只裝有功電能表，要實現(xiàn)功率因數(shù)的測量非常困難，這是導(dǎo)致我軍用機(jī)場低壓無功補(bǔ)償比較困難的原因。

（3）諧波的問題。電容器本身具備一定的抗諧波能力，但同時也有放大諧波的作用。諧波含量過大時會對電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞。并目由于電容器對諧波的放大作用，使系統(tǒng)的諧波十?dāng)_更嚴(yán)重。因此安裝無功補(bǔ)償時必須考慮諧波治理，在有較大諧波十?dāng)_，又需補(bǔ)償無功的地點，應(yīng)考慮增加濾波裝置。

（4）無功倒送的問題。無功倒送會增加配電網(wǎng)的損耗，加重配電線路的負(fù)擔(dān)。特別是采用固定電容器補(bǔ)償方式的用戶，可能在負(fù)荷低谷時造成無功倒送，應(yīng)引起充分注意。

四、結(jié)束語

綜上所述，低壓電站是配電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，為了節(jié)約電能，降低能量降耗，有必要對低壓電站實施電容補(bǔ)償技術(shù)，首先要做到提高電壓并改善電壓的品質(zhì)。電能損耗的降低，對于節(jié)約成本具有更為重要的意義。

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