對水廠供電系統(tǒng)功率影響因素的分析與解決措施

趙福華

【摘 要】本文首先對水廠供電系統(tǒng)的功率因素管理進(jìn)行了簡介，然后闡述了影響水廠供電系統(tǒng)功率因素的主要原因和功率因素管理的意義，最后對提升水廠供電系統(tǒng)功率因素管理的措施進(jìn)行了剖析。

【關(guān)鍵詞】水廠；供電系統(tǒng)；功率因素；意義；措施

0.前言

在改革開放以后，我國水廠在城市發(fā)展建設(shè)中起到的作用越來越突出，我國各級政府也越來越重視水廠的建設(shè)與管理。水廠的主要的動力能源是電能，如果水廠的供電系統(tǒng)發(fā)生故障或是功率因素達(dá)不到要求，那么就會嚴(yán)重影響到水廠的供水工作，給城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們的生活帶來極大的不便。在水廠的經(jīng)營管理中，自來水的供應(yīng)會消耗掉巨大的電能，這就使得電費(fèi)支出成為水廠的主要成本支出之一。不同的水廠，其用電設(shè)備形式以及效率都存在著差異，這就導(dǎo)致不同水廠在功率因素管理的認(rèn)識方面也存在著極大差異性。鑒于此，我國水廠必須要做好供電系統(tǒng)中功率因素的管理，以保證供水的可靠性。

1.水廠供電系統(tǒng)功率因素管理簡介

一般來說，電網(wǎng)輸出的功率主要包含兩部分：其一是有功功率，即將電能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、機(jī)械能、熱能以及聲能等，并利用這些能做功；其二是無功功率，即不消耗電能，而僅是將其轉(zhuǎn)化為另外一種形式的能而已，這種形式的能是電氣設(shè)備做功的基本條件。功率因素是指正弦交流電接有電容性負(fù)載或是電感時(shí)，其所負(fù)載的有功功率在視在功率中所占的百分比。有功功率的數(shù)學(xué)表達(dá)式：P=Ucosφ。功率因素大小代表著電能的利用程度，功率因素的高低決定著電流與電路端電壓之間的相差位，功率因素≤1。在水廠供電系統(tǒng)中，功率因素管理是指對用電設(shè)備的功率因素進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控。在確保負(fù)荷的功率因素能夠滿足相關(guān)電力部門的要求下，對補(bǔ)償裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，進(jìn)而提高用電設(shè)備的利用率，降低電路損耗，從而起到節(jié)約電能的作用。

2.影響水廠供電系統(tǒng)功率因素的主要原因

2.1水廠大量使用異步電動機(jī)和變壓器

異步電動機(jī)以及變壓器是我國水廠供電系統(tǒng)中產(chǎn)生無功功率損耗的主要感性設(shè)備。據(jù)相關(guān)資料顯示，在我國水廠中，無功功率損耗的70%來自于異步電動機(jī)，18%來自于變壓器，12%來自于線路損耗。

2.2供電電壓波動超出相應(yīng)的規(guī)定范圍

當(dāng)水廠的供電電壓超出了額定標(biāo)準(zhǔn)值的10%時(shí)，就會因?yàn)榇怕凤柡偷脑颍瑢?dǎo)致無功功率的增長速度進(jìn)一步加快。據(jù)相關(guān)資料顯示，如果供電電壓達(dá)到了額定標(biāo)準(zhǔn)值的110%時(shí)，其無功功率會增加35%。反之，無功功率則會減少，而功率因素便會提高。不過，雖然降低電壓能夠提升功率因素，但是也會導(dǎo)致電氣設(shè)備的正常運(yùn)行會受到一定影響。總之，水廠管理者必須要確保電壓處于相對較為穩(wěn)定的狀態(tài)，才能保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.3變頻器的影響

變頻器在工作的過程中，會釋放出大量的高次諧波，這不僅會威脅到電氣設(shè)備的耐壓，同時(shí)還會出現(xiàn)大量的無功功率消耗，使其功率因素被大幅度降低，嚴(yán)重情況下，還會直接導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障。

3.水廠供電系統(tǒng)功率管理的主要意義

3.1滿足檢測要求

水廠電線線路的電能損失可以通過用電設(shè)備的功率因素測出，輔以適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，能夠?qū)⒌陀跇?biāo)準(zhǔn)的功率因素改造達(dá)標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電的目的。

3.2減少線損和電力損失

不同的水廠，其動力配線依據(jù)著不同的負(fù)荷情況以及線路情況，電力損耗的范圍大概在2%～3%之間。若是通過電容提高功率因素，可以將總電流降低，減少線路損耗。當(dāng)電線線路的電流傳送量減小，線路的電壓損失也會相應(yīng)減少，這有利于保證電壓的穩(wěn)定，對大電機(jī)啟動有著重要的保障作用。

3.3延長用電設(shè)備的壽命

當(dāng)功率因素改善之后，水廠供電線路的總電流會相應(yīng)減少，這能夠有效的降低已經(jīng)飽和或是接近飽和的開關(guān)以及變壓器等供電設(shè)備、線路的電容量負(fù)荷，對降低設(shè)備的溫度，延長設(shè)備壽命有著極其重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)設(shè)備設(shè)施的溫度每降低10℃時(shí)，其壽命便可延長1倍左右。

3.4減少供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，降低投資

對于水廠原有的供電設(shè)施來說，若在同等有功功率下，使負(fù)荷電流減少，就能夠增加導(dǎo)線、變壓器以及開關(guān)等配電設(shè)備的儲備功率，能最大限度的發(fā)揮設(shè)備潛力。同時(shí)，還能在一定程度上降低新建項(xiàng)目的投資成本以及之后在水廠運(yùn)行過程中的電費(fèi)支出。

4.提升水廠供電系統(tǒng)功率因素管理的措施

對于水廠來說，要提高供電系統(tǒng)功率因素的方法主要有兩種：人工功率補(bǔ)償和提高自然功率因素。

4.1人工功率補(bǔ)償

人工功率補(bǔ)償能夠最大限度的減小水廠供電系統(tǒng)中流過的無功功率，能夠?qū)⒄麄€(gè)供電系統(tǒng)中的線路損耗降低。就目前的功率補(bǔ)償措施而言，這是最好的補(bǔ)償方式。

人工功率補(bǔ)償容量的計(jì)算方式：

若是采用電容器進(jìn)行補(bǔ)償，首先必須要充分分析水廠目前的功率因素。通過計(jì)算，得出電容器的數(shù)量。比如要將cosφ1提升到cosφ2，則電容器所需的容量Qc的計(jì)算公式如下：

Q=P

-

在該式中，Q為需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，其單位為kVar；P為最大負(fù)荷月份的有功功率的平均值，單位為kW；式中的cosφ是補(bǔ)償前功率因素的平均值，cosφ為補(bǔ)償后功率因素的平均值。

人工功率補(bǔ)償?shù)娜N方式：

低壓分散補(bǔ)償。低壓分散補(bǔ)償是指將電容器裝在車間各個(gè)配電所低壓母線上，進(jìn)行集中補(bǔ)償。

集中補(bǔ)償。將電容器集中裝設(shè)在水廠變電所高低壓側(cè)的電容器室內(nèi)，由專門的人員進(jìn)行管理和運(yùn)行，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在利用率和維護(hù)方面，缺點(diǎn)是無法有效的減少內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)的無功功率。

就地補(bǔ)償。就地補(bǔ)償在高低壓網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用極為廣泛。在就地補(bǔ)償中，電容器一般都是直接裝設(shè)在用電設(shè)備的周圍，與用電設(shè)備共用同一開關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是投資少，方便靈活，補(bǔ)償?shù)男Ч麡O好。

4.2提高自然功率因素

異步電動機(jī)容量和型號的選擇。通常情況下，異步電動機(jī)的功率因素在70%時(shí)，可達(dá)到滿載運(yùn)行，此時(shí)的效率較高。比如在滿載時(shí)，其0.85≤cosφ≤0.89；而其在空載時(shí)，則0.2≤cosφ≤0.3。由此可見，要改善功率因素，就必須要使異步電動機(jī)的額定容量與其所拖動的負(fù)荷相匹配。

改變輕負(fù)荷電動機(jī)的接線，或使用輕負(fù)荷感應(yīng)電動機(jī)。若電動機(jī)的負(fù)荷無法超過額定容量的40%，此時(shí)應(yīng)更換額定容量較小的電動機(jī)。若不愿意更換電動機(jī)，則可以改變其定子繞組的接線，比如將三角形接線改變成星形接線。

電力變壓器切忌輕載運(yùn)行。變壓器的容量必須要正確選擇，才能提高其負(fù)荷率。只有當(dāng)變壓器的負(fù)荷率達(dá)到75%～80時(shí)，才比較經(jīng)濟(jì)。另外，電力變壓器切忌輕載運(yùn)行。若是變壓器的負(fù)荷小于了30%，則最好更換小容量的變壓器。

5.結(jié)束語

總而言之，加強(qiáng)功率因素管理對于水廠來說，其主要目的是為了降低無功損耗，提高水廠對電能的利用效率，節(jié)約電費(fèi)。但是就目前的情況而言，還有很多不盡如意的地方，需要我們對其進(jìn)行進(jìn)一步完善。 [科]

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