大型煤化工企業(yè)無功補償裝置設(shè)計

摘要：煤化工企業(yè)的無功補償容量計算，需充分考慮發(fā)電機的無功出力，同時需合理分配全廠的無功補償容量，以實現(xiàn)全廠電壓水平的最優(yōu)控制。煤化工企業(yè)內(nèi)的熱電裝置無功補償設(shè)置，需根據(jù)其廠用分支的接線情況確定。

關(guān)鍵詞：無功補償；電壓水平

近年來，煤化工行業(yè)迅速興起，因其工藝裝置多，用電負荷大，且通常配有抽汽發(fā)電機和余熱利用發(fā)電機，全廠電氣系統(tǒng)較為復(fù)雜。其無功補償裝置的設(shè)計，與全廠有功功率平衡、無功功率平衡、電壓水平控制關(guān)系密切，需認真研究。

對于企業(yè)無功功率及功率因數(shù)的要求，《供電營業(yè)規(guī)則》第四十一條規(guī)定：無功電力應(yīng)就地平衡。用戶應(yīng)在提高用電自然功數(shù)的基礎(chǔ)上，按有關(guān)標準設(shè)計和安裝無功補償設(shè)備，并做到隨負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。除電網(wǎng)有特殊要求的用戶外，用戶在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)，應(yīng)達到下列規(guī)定：100千伏安及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上。其他電力用戶中大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上。

煤化工裝置的無功補償裝置設(shè)計，需首先進行全廠的無功功率平衡，計算無功缺失，確定全廠的無功功率補償容量，最后合理分配無功補償裝置。

1.確定無功補償總?cè)萘?/p>

計算全廠有功功率P，通常采用利用系數(shù)法或需要系數(shù)法。計算時，需結(jié)合工藝的蒸汽平衡、并適當計及發(fā)電機的檢修及故障，綜合考慮后確定發(fā)電機的出力。全廠蒸汽平衡有冬季工況和夏季工況，冬季發(fā)電量較小，有功功率平衡可按冬季工況考慮，發(fā)電機可按一臺檢修另一臺故障，或者一臺故障考慮。

計算發(fā)全廠無功功率Q，無功功率計算需與有功功率計算同步進行。計算時，注意要計算變壓器的無功損耗、同步電動機的無功出力、發(fā)電機無功出力。發(fā)電機無功出力按額定功率因數(shù)計算。若全廠無功功率有富余，則全廠無需再安裝無補償裝置。

發(fā)電機作為巨大的無功功率源，需要充分利用，以減少全廠無功補償容量，其經(jīng)濟效益顯著。

補償前的功率因數(shù)為。補償后的功率因數(shù)為，通常取0.9，當?shù)仉娏Σ块T有特殊要求時，需滿足電力部門的要求。需要安裝的無功補償容量為：

2.合理分配無功補償裝置。

無功補償裝置的設(shè)置，直接關(guān)系到全廠無功功率的流向，因而與各級母線電壓水平密切相關(guān)。電壓降落的公式為：

式中為電壓降，P為傳輸?shù)挠泄β?，Q為傳輸?shù)臒o功功率，R為線路及變壓器的電阻，X為線路及變壓器的電抗，U1為始端電壓。

煤化工裝置內(nèi)的導(dǎo)體，主要為電纜及母線，R很小可以忽略，線路的電抗相對于變壓器的電抗值，也可以忽略，因此，電壓降落主要為變壓器的電抗導(dǎo)致，上式可簡化為：

當母線負荷較輕時，無功功率輸送很少，電壓降落很少，母線電壓維持較高的水平；當負荷較重，且沒有安裝無功補償裝置時，隨著有功功率的增加，無功功率也迅速增加，母線電壓下降較大；安裝無功補償裝置后，無功輸送較少，變壓器電壓降較小，母線電壓變化較小，對于廠內(nèi)電壓水平的控制為非常有利。

無功補償裝置的安裝的優(yōu)先級為：380V母線、10kV母線、35kV母線，以減少無功功率輸送。首先考慮將全廠380V母線功率因數(shù)補償?shù)?.9。然后看剩余無功補償容量是否足夠?qū)⑷珡S10kV母線補償?shù)?.9時，不足時，按照各段10kV母線補償后的功率因數(shù)相等原則，配置10kV母線無功補償裝置；足夠時，將最后剩余的無功補償容量按照各段35kV母線補償后的功率因數(shù)相等原則，配置35kV母線無功補償裝置。

此外，由于煤化工企業(yè)內(nèi)的熱電裝置通常配有發(fā)電機，熱電裝置內(nèi)是否需要配無功補償裝置，需要根據(jù)熱電裝置的電氣主接線確定。

下圖為某煤化工企業(yè)的其中一個區(qū)域變電站電氣主接線。2路110kV線路來自全廠總變電所，35kV為單母線分段接線，每段母線接有1臺發(fā)電機及若干35kV變壓器。10kV I母、II母，380V I母、II母分別為熱電裝置的廠用母線。

當發(fā)電機為發(fā)變組接線方式，無廠用分支時，熱電裝置與其他化工裝置一樣，需安裝無功補償裝置。如圖所示，10kV I母、380V I母，均需安裝無功補償裝置。

當發(fā)電機出為發(fā)變組接線方式，發(fā)電機出口有廠用分支時，由于發(fā)電機可以發(fā)出大量無功，且遠大于廠用分支的無功需量，廠用分支無需安裝無功補償裝置。如10kV 廠用I母、380V 廠用I母，均無需安裝無功補償裝置。

參考文獻：

[1]供電營業(yè)規(guī)則

[2]工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊

作者簡介：

孟憲東，1983年，工程師，碩士，主要從事發(fā)電廠電氣設(shè)計。