江邊水源泵房無(wú)功補(bǔ)償方式及效益分析

張沖健

（中核二七二鈾業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 衡陽(yáng) 421004）

江邊水源泵房無(wú)功補(bǔ)償方式及效益分析

張沖健

（中核二七二鈾業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 衡陽(yáng) 421004）

文章通過(guò)對(duì)無(wú)功功率、無(wú)功補(bǔ)償概念及無(wú)功補(bǔ)償方式的論述，結(jié)合工程實(shí)際，通過(guò)效益分析，采用無(wú)功功率補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，提高電能質(zhì)量，符合我國(guó)節(jié)約能源的國(guó)策。

無(wú)功功率；無(wú)功補(bǔ)償；功率因數(shù)；效益

公司現(xiàn)有的配電系統(tǒng)是通過(guò)110kV變電站，經(jīng)主變（110kV/10.5kV）和高壓開(kāi)關(guān)柜向各個(gè)下級(jí)變電站供電，再由配電變壓器（10.5kV/0.4kV）經(jīng)低壓電纜向各個(gè)負(fù)荷輻射。江邊水源泵房的主要負(fù)荷是各類水泵（電機(jī)），異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率占電網(wǎng)無(wú)功功率的比重很大。

1 無(wú)功功率的概念

在交流電路需要由電源供給負(fù)載兩部分功率：一種是有功功率，一種是無(wú)功功率。有功功率是用電設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。

2 影響功率因數(shù)的主要因素

功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，反映的是用電設(shè)備消耗一定有功功率與視在功率的關(guān)系，用COSφ表示為：COSφ＝P/S，如圖1所示。

圖1 功率因數(shù)關(guān)系

當(dāng)有功功率P一定時(shí)，如減少無(wú)功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。

中核二七二鈾業(yè)有限責(zé)任公司現(xiàn)在有四十多臺(tái)變壓器及許多高低壓電機(jī)，它們是消耗無(wú)功功率的主要設(shè)備。異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素，要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。

3 提高功率因數(shù)的方法

（1）低壓個(gè)別補(bǔ)償。低壓個(gè)別補(bǔ)償就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無(wú)功的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行（如大中型異步電動(dòng)機(jī)）的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主。低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。

（2）低壓集中補(bǔ)償。低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功補(bǔ)償中常用的手段之一。

（3）高壓集中補(bǔ)償。高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。

公司現(xiàn)在采用的是在110kV變電站設(shè)置電容器組進(jìn)行高壓集中補(bǔ)償，并根據(jù)負(fù)荷的大小進(jìn)行自動(dòng)投切，提高供電質(zhì)量，保證功率因素，合理控制了電費(fèi)。

4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t

無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t：從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大，為了最大限度地減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。

5 補(bǔ)償容量的確定

國(guó)標(biāo)GB50227中規(guī)定的電容器的設(shè)計(jì)容量為變壓器的10%～30%，目前應(yīng)用中通常為變壓器的30%。由于電容器不消耗有功功率，所以并接電容器前后，線路有功功率不變，可得P1=P2：UI1COSφ1=UI2COSφ2

并接電容器前I1＝P1/U COSφ1；并接電容器后I2＝P2/U COSφ2。

當(dāng)并接電容一定時(shí)，電容支路的電流IC＝U/XC=ωCU，由矢量關(guān)系可知：IC＝I1sinφ1－I2sinφ2，將上式代入：

可得公式Qc＝P1（tgφ1－tgφ2）

式中：Qc為需補(bǔ)償容量（KVar），P1為有功功率（KW）；tgφ1為補(bǔ)償前功率因數(shù)角的正切值；tgφ2為補(bǔ)償后功率因數(shù)角的正切值。

6 無(wú)功補(bǔ)償效益分析

江邊2#水源泵房有2臺(tái)400kW、1臺(tái)250kW高壓電機(jī)，并帶了許多低壓負(fù)荷，如學(xué)校、醫(yī)院等，因?yàn)樗幢梅烤?10kV變電站距離較遠(yuǎn)，盡管在110kV變電站內(nèi)裝有高壓集中無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)提高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)線損，但由于送電線路較長(zhǎng)，采用高壓集中無(wú)功補(bǔ)償，仍不能降低電網(wǎng)的線損，由于是線路末端，所以電壓也略有偏低。為了盡量減少線損和電壓損失，宜采用無(wú)功功率就地補(bǔ)償方式。

如下式所示：

式中：△P為三相輸電線路有功損耗（kW）；I為三相輸電線路一相中的電流（A）；R為一相線路中的電阻（Ω）；P為三相線路輸送的有功功率（kW）；Q為三相線路輸送無(wú)功功率（kvar）；COSφ為負(fù)載的功率因數(shù)；S為三相線路輸送的視在功率（KVA）。

由上式中不難看出，要想減小損耗，有以下三種辦法：①減少流經(jīng)導(dǎo)線的有功電流；②減少流經(jīng)導(dǎo)線的無(wú)功電流；③減小導(dǎo)線的等值電阻，即加大導(dǎo)線截面，縮短供電半徑。導(dǎo)線的電壓一般在額定值附近，可作為定值處理。

設(shè)補(bǔ)償前江邊水源2#變壓器滿載運(yùn)行，視在功率S＝500kVA，功率因數(shù)COSφ＝0.85，年用電時(shí)間為T＝8000h，線路導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185，線路長(zhǎng)度2.2km，經(jīng)查表，為方便計(jì)算，線路電阻R取1Ω，線路電壓取10.5kV，試計(jì)算：①若將COSφ提高到0.95，計(jì)算需要的補(bǔ)償電容器容量；②補(bǔ)償后減少的線路損耗及效益。

圖2

根據(jù)已知條件，可計(jì)算補(bǔ)償前

P1＝SCOSφ1＝500×0.85＝425kW；

Q1＝Ssinφ1＝500×0.52678＝263.39kvar

求需要安裝的補(bǔ)償電容器容量Qc：

補(bǔ)償后的電網(wǎng)無(wú)功Q2＝263.39-Qc，要求COSφ為0.95，可求tgφ2＝0.3287，可求補(bǔ)償容量Qc＝123.675≈124kvar。

補(bǔ)償前的線路損耗：

△P1＝（P12+Q12）/U2×R×10-3

＝（425×425+263.39×263.39）/10.52×1×10-3＝2.267kW

補(bǔ)償后的線路損耗：

△P2＝（P22+Q22）/U2×R×10-3

=（425×425+139.39×139.39）/10.52×1×10-3＝1.814kW

安裝無(wú)功補(bǔ)償可獲得的年效益：△P＝（△P1－△P2）× 8000＝3624kW

按電價(jià)0.5元計(jì)算，每年可減少損耗1812元。

上面僅僅是簡(jiǎn)單分析降低輸配電網(wǎng)損耗的效益，如果計(jì)算功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，以及節(jié)約建設(shè)投資、改善電壓質(zhì)量等方面因素，其經(jīng)濟(jì)效益更加可觀。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償效益的簡(jiǎn)單分析得出，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償后，降低了配變用電設(shè)備的損耗，使高低壓配電電流減少，導(dǎo)致線損率的降低。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，還應(yīng)該在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，來(lái)決定是采用集中補(bǔ)償還是就地補(bǔ)償，還是兩者綜合采用，從而達(dá)到使電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

Reactive Power Com pensation M ethod and Benefit Analysis of Jiangdu Water Source Pum ping Station

ZHANG Chong-jian
（Zhongguo 272 Uranium Industry Co.，Ltd.，Hengyang，Hunan 421004，China）

In this paper，the reactive power compensationmethod can improve the power factorand improve the powerquality，which is in linewith the nationalpolicy ofenergy conservation by combining the theory of reactive power，reactive power compensation and reactive power compensation.

reactive power；eactive power compensation；power factor；benefit

TM714

A

2095-980X（2017）05-0040-02

2017-04-23

張沖?。?981-），男，湖南衡陽(yáng)人，大學(xué)本科，電氣工程師，主要研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。