李慶昌
(華電萊州發(fā)電有限公司,山東 萊州 261441)
華電萊州發(fā)電有限公司輸送燃料碼頭建有2路輸煤皮帶(以下簡稱A路、B路),A路、B路皮帶各由4臺高壓電動機帶載,A路皮帶電動機命名為1A,2A,3A,4A電動機,B路皮帶電動機命名為1B,2B,3B,4B電動機,A路皮帶電動機電源取自10 kV A段母線,B路皮帶電動機電源取自10 kV B段母線。原設(shè)計10 kV A,B段母線上分別接有1套容量為300 kV·A的無功補償裝置,但在實際運行中發(fā)現(xiàn)10 kV A,B段母線功率因數(shù)較低,遠低于電網(wǎng)要求的功率因數(shù)0.9的門檻值,功率因數(shù)的不斷調(diào)整,導(dǎo)致電費增高?;谏鲜銮闆r,筆者經(jīng)過深度計算,提出了無功補償優(yōu)化配置方案,意在提高系統(tǒng)功率因數(shù),節(jié)省生產(chǎn)成本。
2013-01-09—02-25,A路、B路綜合功率因數(shù)及功率因數(shù)調(diào)整電費情況見表1。
表1 A,B路綜合功率因數(shù)及功率因數(shù)調(diào)整電費情況
(1)A路。A路皮帶電動機空載及帶載運行有關(guān)數(shù)據(jù)見表2。
在表2中,需要說明的是:皮帶電動機空載或輕載時,自身有功功率很小、無功功率較大,無功補償后功率因數(shù)仍很低;隨著負載的提高,有功功率增大,無功功率基本不變,補償后總功率因數(shù)提高;在皮帶空載或輕載條件下,無功補償裝置容量(300 kV·A)嚴重不足;在皮帶負載升高至一定水平時,無功補償容量足夠。
表2 A路皮帶電動機空載及帶載運行有關(guān)數(shù)據(jù)
(2)B路。在2B和3B皮帶電動機開啟空載運行時(此時B路無其他負載)。觀察無功補償裝置投入前后電能表記錄的無功功率變化,補償前二次有功功率214 kW,無功功率398 kV·A,功率因數(shù)0.48,補償后二次有功功率 214 kW,無功功率107 kV·A,功率因數(shù)提高至0.89,即無功補償裝置補償值(300 kV·A)尚不足以將B路功率因數(shù)提高至0.9,當(dāng)B路上的4臺皮帶電動機全部運行時,無功功率缺口更大(注:實際系統(tǒng)電壓略低于無功補償裝置額定電壓,故無功補償實際容量略低于300 kV·A)。
功率因數(shù)基本公式為
式中:cos φ為功率因數(shù);P為有功功率;Q為無功功率。
分析結(jié)果如下:
1)不論是A路還是B路,在皮帶電動機空載或輕載運行時,其有功功率很小,而無功功率接近額定值,無功補償裝置容量(300 kV·A)是按照皮帶電動機有功負荷量最大、功率因數(shù)值達0.9設(shè)計的,在系統(tǒng)空載或輕載時,無功補償容量明顯相對不足,功率因數(shù)極低。
2)在燃料流量即皮帶有功功率升高至一定水平時,A路無功補償容量足夠?qū)⒐β室驍?shù)補償至0.9以上,而B路則因皮帶電動機本身的原因,無功負荷過大,即使在有功功率較高時,無功補償容量(300 kV·A)仍不足以將功率因數(shù)提高至0.9。
3)需根據(jù)A路和B路不同的無功功率消耗,重新優(yōu)化配置其無功補償容量。
A路需增加無功容量計算(功率因數(shù)目標值設(shè)定為0.97),具體計算結(jié)果見表3。
表3 A路需增加無功容量計算結(jié)果
在表3中,需要說明的是:(1)皮帶電動機負載時的無功功率與空載相比變化極小,且10 kV母線電壓無變化、不致引起其他容性和感性負載的功率變化,皮帶電動機負載時系統(tǒng)無功負荷量與空載時的無功負荷量十分接近,因此,皮帶電動機負載時系統(tǒng)所缺無功容量可通過表3空載數(shù)據(jù)進行計算。(2)功率因數(shù)補償度在達到0.95~1.00時,功率因數(shù)調(diào)整電費獎勵比率均為0.75%,同時為防止無功過補償(過補的功率同樣以絕對值的方式積分累計入電表無功電量,因此“過猶不及”),在這樣的情況下,可將無功補償目標值定為0.97。
A路與B路工況特性對比結(jié)果見表4。
表4 A路與B路工況特性對比 A
皮帶電動機1A和1B,2A和2B,3A和3B,4A和4B的額定功率、額定電流、額定功率因數(shù)等參數(shù)完全一致,但兩者的制造廠家不同、空載電流、空載有功功率、空載無功功率、空載功率因數(shù)等差距很大。主要原因為:B路皮帶電動機制造工藝不良,漏磁通大,主磁路磁導(dǎo)小、建立主磁場所需的無功電流大,導(dǎo)致無功消耗更多,在同等條件下,它比對應(yīng)的A路皮帶電動機無功消耗增大約50%。
根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),計算出10 kV A段(即A路皮帶)所需增加的無功補償容量為195 kV·A,取200 kV·A;10 kV B段(即B路皮帶)所需增加的無功補償容量為450 kV·A。
根據(jù)算法,計入400 V側(cè)無功功率,根據(jù)實測結(jié)果,10 kV A段總無功負荷量為770 kV·A。將原設(shè)置于10 kV B段的無功補償容量(300 kV·A)變更移至10kV A段,與原設(shè)置于10kV A段的無功補償裝置(300 kV·A),共計600 kV·A,共同構(gòu)成10 kV A段的無功補償容量。由于10 kV A段將出現(xiàn)2套300 kV·A無功補償裝置分組投切的情況,將2套補償裝置中原來控制單組300 kV·A的控制器中分別設(shè)定不同的投切延時,以實現(xiàn)整組300 kV·A+300 kV·A補償裝置根據(jù)10 kV A段無功負荷量的變化分組投切功能。
根據(jù)上述算法,10 kV B段的無功需量為750 kV·A,考慮增設(shè)總?cè)萘繛?50 kV·A無功補償裝置1套,采用300 kV·A+450 kV·A分2組投切的方式。
考慮到在A路或B路皮帶檢修時可能會出現(xiàn)1到2臺皮帶機試轉(zhuǎn)的情況,此時10 kV A段或B段無功負荷低于300 kV·A。為防止出現(xiàn)無功補償裝置投入即過補、隨即切除、然后再次投入再次切除的“反復(fù)投切”現(xiàn)象,在控制器內(nèi)層程序中設(shè)置無功補償投入的最低無功負荷門檻值為300 kV·A,即系統(tǒng)無功負荷量低于300 kV·A時,無功補償容量暫時不投入,系統(tǒng)無功負荷量高于300 kV·A時,無功補償分組投入。
A路、B路皮帶的功率因數(shù)均達到了理想值(0.95~1.00),如圖1、圖2 所示。
圖1 10 kV A段(A路)功率因數(shù)實時值(功率因數(shù)0.9760)
圖2 10 kV B段(B路)功率因數(shù)實時值(功率因數(shù)0.9998)
本文基于大量的實際運行數(shù)據(jù),在分析功率因數(shù)較低原因的基礎(chǔ)上,提出了無功補償容量的優(yōu)化配置方案,方案實施后,最大限度地提高了功率因數(shù),節(jié)省了調(diào)整電費。因合理巧妙地利用了原有設(shè)備,既實現(xiàn)了功率因數(shù)0.95~1.00的理想數(shù)值,又很好地控制了設(shè)備系統(tǒng)改造投資。