工廠供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)淺析

游中國(guó)

【摘要】功率因數(shù)是工廠供電系統(tǒng)提高運(yùn)行效率的重要因素。本文通過對(duì)工廠供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的研究，以及如何利用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)來(lái)提高工廠供電系統(tǒng)功率因數(shù)等問題的分析，實(shí)現(xiàn)工廠供電系統(tǒng)“少電高產(chǎn)、低能高效”運(yùn)行模式，供讀者參考。

【關(guān)鍵詞】功率因素；工廠供電；無(wú)功補(bǔ)償

在我國(guó)，工業(yè)用電量占全國(guó)發(fā)電總量的70%以上。其中，工廠電氣設(shè)備和供電線路的電能損耗就占到工廠用電量的20%～30%?？梢姡岣吖β室驍?shù)，減少功率損耗，提高供電質(zhì)量，無(wú)論是對(duì)工廠本身運(yùn)行成本的降低，還是對(duì)國(guó)家電力資源的節(jié)約都有十分重要的意義。

１提高功率因素的必要性

在工廠中，由于使用了大量的異步電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐、氣體放電燈、電力變壓器等感性負(fù)荷，使得綜合用電負(fù)荷呈阻感性質(zhì)。因此，工廠設(shè)備在運(yùn)行過程中，除了消耗所需的有功功率外，還需要大量的無(wú)功功率在電源和用電負(fù)荷之間作電磁交換。如果供電系統(tǒng)長(zhǎng)期處在低功率因素下運(yùn)行，會(huì)造成電網(wǎng)無(wú)功電流過大，使電網(wǎng)電能損耗和電壓損耗增加，給工廠供配電系統(tǒng)帶來(lái)不利影響。

根據(jù)《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：變壓器容量在100KVA及以上的高壓供電的用戶，在系統(tǒng)高峰用電時(shí)，其功率因素必須達(dá)到0.9～0.95以上，其它電力用戶和大型排灌站以及躉購(gòu)轉(zhuǎn)售電企業(yè)，其功率因素最低不得低于0.85，凡功率因素達(dá)不到此規(guī)定值的工廠必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。對(duì)于未能達(dá)到規(guī)定要求的工廠電力用戶，供電部門除了收取基礎(chǔ)電費(fèi)以外，還要另行加收功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，即功率電費(fèi)。因此，對(duì)工廠供電系統(tǒng)而言，通過提高工廠負(fù)荷功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的就非常有必要了。

2無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砑皟?yōu)點(diǎn)

如圖1所示，若用戶需要的有,高功率Ｐ■不變，通過裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置將系統(tǒng)功率因數(shù)從ｃｏｓ?漬提高到ｃｏｓ?漬'時(shí)，無(wú)功功率將由原來(lái)的Ｑ■減?。选觯У?，視在功率將由原來(lái)的Ｓ■減小到Ｓ■'?！鱍■為無(wú)功補(bǔ)償裝置提供的無(wú)功功率，其補(bǔ)償容量為△Q■=Ｑ■-Ｑ■＇=Ｐ■(tan?漬-tan?漬')=Ｐ■·△q■。其中△q■=tan?漬-tan?漬'，稱為無(wú)功補(bǔ)償率或比補(bǔ)償容量。如果當(dāng)前的功率因數(shù)ｃｏｓ?漬已知，并設(shè)定無(wú)功補(bǔ)償后待提高到得功率因數(shù)為ｃｏｓ?漬'，便通過上式計(jì)算或查表得出需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量△Q■。

在工廠或車間裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置后，總的無(wú)功計(jì)算負(fù)荷減小為Ｑ■＇=Ｑ■-Q■，補(bǔ)償后低壓側(cè)總的視在計(jì)算負(fù)荷也減小為Ｓ■'=■<ＳＳ■。由此可見，無(wú)功補(bǔ)償后可以使變電所主變壓器容量選得更小一些，這樣不僅可以降低工廠或車間變電所的初期建設(shè)投入，還可以大大減少因變壓器自身功率損耗帶來(lái)的電費(fèi)開支（△P■≈0.015Ｓ■）。同時(shí)，對(duì)于三相負(fù)荷而言，由于Ｓ■的減小，將使工廠或車間的負(fù)荷電流I■=S■/■U■減小，進(jìn)一步使電網(wǎng)電流減小，從而降低電能傳輸過程中的電能損耗（線損），減小供電設(shè)備的容量和輸電線路的截面，節(jié)約電能；另外，線路上的電壓降△U也隨電網(wǎng)電流的減小而減小，這樣在始端電壓一定的情況下，可提高線路末端電壓，從而使供電電壓符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，提高供用電的可靠性?？偠灾?，提高功率因數(shù)不僅對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)有好處，對(duì)工廠自身也會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w方法

在工廠供電系統(tǒng)中，可以通過提高自然功率因數(shù)和采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)兩個(gè)途徑來(lái)提高功率因數(shù)。采用補(bǔ)償方法來(lái)提高功率因數(shù)需增加新設(shè)備，也增加了投資，此外補(bǔ)償設(shè)備本身還有功率損耗，所以應(yīng)首先采取提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)得措施，若仍不能滿足工廠用電規(guī)定的要求時(shí)（cos?準(zhǔn)<0.9），則需要采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)提高功率因數(shù)。

3.1提高自然功率因數(shù)

自然功率因數(shù)是指用電設(shè)備在沒有任何補(bǔ)償?shù)那闆r下所具有的功率因數(shù)。一般可以采用下列幾項(xiàng)措施降低用電設(shè)備消耗的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)提高自然功率的目的。①一般來(lái)說(shuō)，異步電動(dòng)機(jī)額定負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)ｃｏｓ?漬在0.8以上，而空載時(shí)則在0.1～0.2左右，可見功率因數(shù)與負(fù)荷率密不可分。因此，應(yīng)合理選擇異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)備容量，使之接近于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，避免異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于變壓器及其它設(shè)備也一樣，其容量的大小應(yīng)該選擇合適，使其接近滿載運(yùn)行。②感應(yīng)電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)與負(fù)載相匹配，防止“大馬拉小車”。如果感應(yīng)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期輕載運(yùn)行，可將其三角形聯(lián)接的定子繞組改為星形連接，使每相繞組承受的電壓變?yōu)樵瓉?lái)的1/■，從而使定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也降為原來(lái)的1/■，電動(dòng)機(jī)的鐵損就相應(yīng)減小了。在生產(chǎn)工藝條件許可時(shí)，可用同等容量的同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)，可以大大提高功率因數(shù)，起到明顯的節(jié)能效果。③合理安排和調(diào)整工藝流程，改善電氣設(shè)備的運(yùn)行情況。例如在電加熱處理中，將電爐的間歇作業(yè)改為連續(xù)作業(yè)，這就限制了電爐的空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，使設(shè)備的自然功率因數(shù)得到提高。④選用高效節(jié)能的用電設(shè)備。如使用無(wú)壓運(yùn)行的電磁開關(guān)；又如使用S9、S11型等新型變壓器替代老式變壓器，可以大幅降低變壓器的鐵損，提高自然功率因數(shù)。

3.2無(wú)功補(bǔ)償裝置

在采用各種技術(shù)措施減少用電設(shè)備的無(wú)功功率消耗的情況下，功率因數(shù)仍達(dá)不到0.9時(shí)，應(yīng)使用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)提高功率因數(shù)。早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置是同步調(diào)相機(jī)，又稱為同步補(bǔ)償機(jī)，是一種專門用于改善功率因數(shù)的同步電動(dòng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流，向電力系統(tǒng)提供或吸收無(wú)功功率而起到補(bǔ)償作用。而后又出現(xiàn)了并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、各類靜止無(wú)功發(fā)生器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。其中，并聯(lián)電容器以其安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、功率損耗低、組裝靈活、擴(kuò)容方便等優(yōu)點(diǎn)，在工廠供電系統(tǒng)中得到了最為廣泛的應(yīng)用。

并聯(lián)電容器可根據(jù)需要由若干個(gè)電容器串并聯(lián)組成，其補(bǔ)償容量可大可小，既可以集中使用，又可以分散使用，甚至分相補(bǔ)償。按電容器安裝的位置不同，電容器無(wú)功補(bǔ)償通常又分為高壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償、個(gè)別補(bǔ)償三種方式。①高壓集中補(bǔ)償。將電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或工廠總降壓變電所的母線上，用來(lái)提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，使該變電所在其供電范圍內(nèi)總無(wú)功功率基本保持平衡。這種補(bǔ)償方式可減少高壓線路的無(wú)功損耗，而且能夠提高變電所本身的供電質(zhì)量。②低壓分組補(bǔ)償。將電容器組分別裝設(shè)在企業(yè)或工廠中功率因數(shù)較低的車間變配電所或車間配電盤的高壓或低壓母線上。這種方式具有與高壓集中補(bǔ)償相似的優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)功補(bǔ)償容量和范圍要小一些，電容利用率更高，效果更明顯。另外，低壓開關(guān)及保護(hù)裝置價(jià)格低，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因此，這種無(wú)功補(bǔ)償方式在工廠中應(yīng)用比較廣泛。③個(gè)別補(bǔ)償。將電容器組裝設(shè)在異步電動(dòng)機(jī)等感性設(shè)備的控制柜中，就地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，也稱為單獨(dú)補(bǔ)償或就地補(bǔ)償。通過共用一路開關(guān)，使電容器組與電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行或斷開，其補(bǔ)償效果好，但對(duì)電容器組的利用率較低。因此，個(gè)別補(bǔ)償適用于低壓網(wǎng)絡(luò)中距離電源較遠(yuǎn)，并且長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的中小型電機(jī)設(shè)備。

實(shí)際上，這幾種補(bǔ)償方式并不是獨(dú)立的，而是需要綜合起來(lái)考慮。首先，對(duì)距離電源較遠(yuǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的中小型電動(dòng)機(jī)進(jìn)行個(gè)別補(bǔ)償；其次，對(duì)負(fù)荷分布比較集中的各配電饋線進(jìn)行低壓分組補(bǔ)償；最后，對(duì)大容量的工廠總變壓器進(jìn)行高壓集中補(bǔ)償。這樣才能取得最佳的補(bǔ)償效果。

4結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是提高功率因數(shù)的一種行之有效的方法。它能為工廠減少功率損耗，節(jié)約大量電能，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也提高了電能質(zhì)量，使工廠真正實(shí)現(xiàn)“少電高產(chǎn)、低能高效”的生產(chǎn)模式。

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［責(zé)任編輯：張濤］