無(wú)功補(bǔ)償在軋鋼廠的應(yīng)用探究

顏 紅

（馬鋼設(shè)備檢修工程公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 前言

馬鋼第二鋼軋總廠型材分廠是以軋制型材為主的生產(chǎn)線且生產(chǎn)設(shè)備陳舊，大多數(shù)的設(shè)備都是電感性，這些電感性的設(shè)備在運(yùn)行過程中不僅需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率，還同時(shí)吸收無(wú)功功率。 如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。 因此在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償后，將可以提供補(bǔ)償感性負(fù)荷所消耗的無(wú)功功率，減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗。

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)念愋?/h2>

我們知道提高功率因數(shù)的方法有兩種， 一種是改善自然功率因數(shù)，另一種是人工補(bǔ)償。人工補(bǔ)償?shù)淖钇毡榈姆椒ň褪遣⒙?lián)電容器，它的基本方式有集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償三種。

1）集中補(bǔ)償主要是指在企業(yè)總降壓站，集中安裝一批高壓電力電容器，以補(bǔ)償本企業(yè)所需的無(wú)功能量，它能達(dá)到提高供電能力、減少變損與線損、穩(wěn)定電壓的目的。本廠的高壓部分補(bǔ)償就是屬于這一類型。

2）分組補(bǔ)償是根據(jù)企業(yè)各個(gè)負(fù)荷中心而進(jìn)行的局部補(bǔ)償（又稱車間小集中補(bǔ)償） 使6KV 及以上的企業(yè)內(nèi)部高壓輸電系統(tǒng)電力無(wú)功被減小到最低限度，減少了廠區(qū)內(nèi)部高壓線損和變損，提高了企業(yè)內(nèi)部高壓供電能力。 但分組補(bǔ)償不能對(duì)存在大量低壓無(wú)功的380V 低壓輸配電網(wǎng)進(jìn)行有效的補(bǔ)償。

3）就地補(bǔ)償是克服了上述兩種補(bǔ)償方式的缺點(diǎn)而進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這一種補(bǔ)償方式把無(wú)功電流局限在需要的哪個(gè)地方，消除了電力無(wú)功在高、低壓電網(wǎng)上的流動(dòng)，這是一種值得推廣的無(wú)功補(bǔ)償方式。

2 本廠無(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)狀

在本廠的供電系統(tǒng)中，實(shí)際上多是采用高壓側(cè)補(bǔ)償和低壓側(cè)補(bǔ)償相結(jié)合的方案，以求經(jīng)濟(jì)合理地達(dá)到總的無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊螅构S電源進(jìn)線處在最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于規(guī)定值（高壓進(jìn)線時(shí)為0.9）

以型材分廠為例，如圖1：

圖1

如上圖所示，該廠由21# 高配電所供電，在高壓側(cè)補(bǔ)償部分分別為2109 和2119 兩條線裝設(shè)采用的自動(dòng)投切無(wú)功補(bǔ)償裝置，高壓并聯(lián)電容組的容量為2100 kvar；低壓側(cè)補(bǔ)償部分裝設(shè)并聯(lián)電容柜有三處，分別在0# 電磁站、1# 電磁站和4# 電磁站，低壓電容柜是江蘇華晟公司生產(chǎn)CLN 型自動(dòng)補(bǔ)償柜，0# 電磁站為4# 變壓器供電并聯(lián)電容的大小為400kvar；1# 電磁站為1# 變壓器常供電并聯(lián)的電容大小為720 kvar；4# 電磁站為2# 變壓器常供電并聯(lián)電容大小為400 kvar。

高壓側(cè)和低壓側(cè)同時(shí)補(bǔ)償后，6kV 側(cè)需要的大部分無(wú)功由6kV 的補(bǔ)償電容提供；6kV 的母線由于安裝了并聯(lián)電容器， 功率因數(shù)得到了提高；線路末端的大部分無(wú)功由低壓電容提供。

系統(tǒng)低壓側(cè)， 由于低壓電容的補(bǔ)償作用，0.4kV 側(cè)的功率因數(shù)將被提高，從6kV 到0.4kV 的線路末端，因線路中無(wú)功電流減少，所以降低了線路損耗和變壓器損耗，同時(shí)線路越長(zhǎng)節(jié)能效果越明顯。

3 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б娣治?/h2>

3.1 低壓集中無(wú)功補(bǔ)償對(duì)變壓器容量的選擇影響

如圖1 所示0# 電磁站安裝的無(wú)功補(bǔ)償做個(gè)重點(diǎn)的計(jì)算分析對(duì)變壓器容量選擇的影響。

該電磁站由4# 變壓器常供電，采用的是低壓集中補(bǔ)償?shù)姆绞剑a(bǔ)償電容并聯(lián)在變壓器的二次側(cè)母線上， 所帶的負(fù)載總共容量估算約：P=550kW，cosΦ1=0.80（以電動(dòng)機(jī)為主要負(fù)載類型，經(jīng)查表得）按照正常的工作狀態(tài)的話功率因數(shù)還達(dá)不到這么大，我們以設(shè)計(jì)階段的估算值取0.8。

1）補(bǔ)償前應(yīng)選變壓器的容量

有功計(jì)算負(fù)荷：P30=P=550kW

無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30=P30*tgΦ1=550*0.75≈413kvar

視在計(jì)算負(fù)荷：S30=550/cosΦ1=550/0.8=687.5kVA

因此在無(wú)功補(bǔ)償前變壓器容量應(yīng)該選擇為：800kVA

2）無(wú)功補(bǔ)償容量

按規(guī)定，變壓器的一次側(cè)的功率因素應(yīng)該大于或者等于0.9，考慮到變壓器和線路的無(wú)功損耗，把功率因素提高到cosΦ2=0.94 為益。

要使低壓側(cè)的功率因素由0.8 提高到0.94，則低壓側(cè)需要裝設(shè)的并聯(lián)電容器的容量為：

Qc=Pe(tgΦ1-tgΦ2)= Pe*(acrcosΦ1-acrcosΦ2)= Pe*Δqc

=550*0.39=214.5 kvar（取整=220kvar）

3）補(bǔ)償后的變壓器容量和功率因素

補(bǔ)償后變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：

因此補(bǔ)償后變壓器容量可選為630kVA

變壓器的功率損耗為：

ΔP≈0.015*S′30=0.015*583=8.7kW

ΔQ≈0.06* S′30=0.06*583=35kvar

變壓器高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：

無(wú)功補(bǔ)償后的功率因素（最大負(fù)荷時(shí)）為：

cosΦ=P30/S30=560/605=0.926

這一功率因素滿足供電（0.90）的要求。

無(wú)功補(bǔ)償前后比較：

ΔS=800kVA-630kVA=170kVA

變壓器的容量在補(bǔ)償后減少了170kVA，降低了供電設(shè)備容量，減少基建投資，也減少基本電費(fèi)開支，而且由于提高了功率因數(shù)，還會(huì)減少電度開支。

3.2 降低變壓器電能損耗

變壓器的電能損耗包括兩個(gè)部分：鐵損ΔPfe 和銅損ΔPcu

鐵損只要外施電壓和頻率不變，它就是固定不變的。 銅損與負(fù)荷電流（或功率）平方成正比，即與變壓器負(fù)荷率的平方成正比。ΔPcu 近似地等于其短路損耗。

所以變壓器的損耗：△W=ΔPcu·Δβ2·t（Δβ 為變壓器補(bǔ)償前、后的負(fù)載率）

以1# 變壓器為例增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償后變壓器的年節(jié)電量：1# 變壓器SL7-1250，6.3/0.4，ΔPcu=13.8kW,平均負(fù)荷為 750kVA，補(bǔ)償前 cosΦ0=0.75，補(bǔ)償后cosΦ1=0.95，若年電能損耗時(shí)間安7500 小時(shí)計(jì)算：

3.3 降低線路損耗

由于進(jìn)行了無(wú)功補(bǔ)償，使得線路電流減小，從而使得線路損耗大為減小,根據(jù)推導(dǎo)結(jié)果，線路損耗減小可由下式計(jì)算精確求得

ΔP線損=（P/Ue）2·R·（1/cosΦ02-1/cosΦ12）

如給生產(chǎn)線上升降臺(tái)電動(dòng)機(jī)裝上并聯(lián)電容器，采用就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)姆绞?，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)容量：75kW，cosΦ=0.85 ，平均負(fù)荷為85%，年用電時(shí)間取7000 小時(shí)，電纜截面為3×70mm2,銅心電纜，距離為120m，補(bǔ)后要求cosΦ1 達(dá)到0.95 以上，每根電纜電阻為0.32Ω/kM

ΔP 線損=(75×0.85/0.38)2*0.32*0.12·（1/0.852-1/0.952）=0.324kW

年節(jié)電總量為：0.324×7000=2268kW·h

3.4 提高負(fù)載的端電壓

負(fù)荷電流的降低，減小了供電線路的電壓損耗，改善了負(fù)載端電壓，從而保證了電氣設(shè)備實(shí)際出力，提高了生產(chǎn)效率。

3.5 減少了用戶的電費(fèi)支出，固投資回收期限短

企業(yè)每月的電費(fèi)主要由以下組成：基本電費(fèi)=主變?nèi)萘浚╧VA）×18(元/kVA.月)；

電量電費(fèi)=有功電度（kW·h）×單價(jià)（元/kW·h）；

力調(diào)電費(fèi)=（基本電費(fèi)+電量電費(fèi)）×獎(jiǎng)懲比例

僅以上面的例子而言，1） 變壓器容量的降低每年節(jié)省基本電費(fèi)=170 ×18 ×12=36720 元

2）變壓器損耗降低節(jié)省電量電費(fèi)=14159×0.56=7929.04 元

3）降低了線路損耗節(jié)省電量電費(fèi)=2268×0.56=1270.08 元

由于增設(shè)了無(wú)功補(bǔ)償，功率因數(shù)得到了提高，依據(jù)本地電力局的要求功率因數(shù)達(dá)到0.9 以上，按每增加0.01，減收電費(fèi)總額的0.15%。

4 存在的問題及解決辦法

目前我廠使用的高、低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在使用過程中都存在一些問題，如：高壓無(wú)功補(bǔ)償部分，由于沖擊負(fù)荷平繁造成自動(dòng)投切裝置壞，自動(dòng)投切控制器不靈敏、不動(dòng)作等等，常需要人工手動(dòng)進(jìn)行投切，有的時(shí)候會(huì)造成過補(bǔ)或者補(bǔ)償不夠。低壓無(wú)功補(bǔ)償部分，也有自動(dòng)投切控制器壞，內(nèi)部的晶閘管、快熔等裝置壞，有的現(xiàn)存無(wú)功補(bǔ)償柜由于上述的原因都沒有投入使用，造成資源的浪費(fèi)；電容器本身還存在“鼓肚”、滲漏油、缺油和絕緣不良等諸多現(xiàn)象。

所以我們應(yīng)該嚴(yán)格按照并聯(lián)電容器的維護(hù)方案進(jìn)行日常的維護(hù)工作，同時(shí)還應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)備的日常點(diǎn)檢，對(duì)存在的問題或者現(xiàn)已損壞的配套設(shè)備裝置應(yīng)該及時(shí)聯(lián)系廠商進(jìn)行更換維護(hù)，使無(wú)功補(bǔ)償裝置真正發(fā)揮自身的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過上述的調(diào)查分析，無(wú)功功率補(bǔ)償在工廠供電系統(tǒng)中是非常必要的，不管是從節(jié)能的角度還是提高電網(wǎng)供電質(zhì)量的角度來(lái)看，無(wú)功功率補(bǔ)償都是值得推廣的。 從本廠現(xiàn)有的供電線路來(lái)看，不管是高壓還是低壓，有的線路還是應(yīng)該加設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，從而達(dá)到節(jié)能和提高電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。 對(duì)于本廠現(xiàn)已裝有的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，我們應(yīng)該充分的利用，使其有最佳的利用效果。

［1］劉介才.工廠供電[J].2003，7.

［2］程陳.新編電力無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用手冊(cè)[S].2009，9.

［3］冶金工業(yè)能源部.鋼鐵企業(yè)節(jié)電經(jīng)驗(yàn)[Z].1992，9.