工廠供配電系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)探究

柳 楊

（北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，工廠供配電系統(tǒng)不斷優(yōu)化，如何降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗并提高整個(gè)系統(tǒng)的效率成為焦點(diǎn)。此背景下，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)得到了較好推廣和運(yùn)用。合理引入無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)能有效提高有功功率比例常數(shù)并降低無(wú)功功率比例常數(shù)，達(dá)到優(yōu)化工廠供配電系統(tǒng)和降低能耗等目的。目前，工廠供配電系統(tǒng)中常見(jiàn)的無(wú)功補(bǔ)償方式有集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償以及就地補(bǔ)償3種，常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置有普通補(bǔ)償電容、串聯(lián)電抗器以及無(wú)功發(fā)生器等。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，合理運(yùn)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)使工廠供配電系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的重點(diǎn)是如何選擇無(wú)功補(bǔ)償方式與裝置。

1 將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)引入工廠供配電系統(tǒng)的意義

1.1 減少工廠電費(fèi)支出

供配電系統(tǒng)向工廠設(shè)備輸出的功率分有功功率和無(wú)功功率。電能以功率計(jì)算并計(jì)費(fèi)的情況下，不管供配電系統(tǒng)輸出的是有功功率還是無(wú)功功率，都會(huì)消耗電能產(chǎn)生電費(fèi)。工廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，無(wú)功功率對(duì)工廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)并無(wú)太大價(jià)值和意義。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的引入和運(yùn)用可降低無(wú)功功率占比，從而降低無(wú)功功率損耗的電能和產(chǎn)生的電費(fèi)。工廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，電費(fèi)往往是一筆較大的成本支出。將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)引入工廠供配電系統(tǒng)，消耗等量電能可以完成更多的工廠生產(chǎn)任務(wù)，有助于工廠實(shí)現(xiàn)效益最大化[1]。

1.2 提升設(shè)備能力和電壓質(zhì)量

有功功率保持不變時(shí)，如果提高功率因數(shù)，那么就需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。正弦交流電路中，電壓和電流的有效值乘積為有功功率P。電路中除了有功功率外還有無(wú)功功率Q，無(wú)功功率和有功功率組成視在功率S。它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

3種功率滿足：

圖1 視在、無(wú)功和有功功率關(guān)系圖

可見(jiàn)，改善無(wú)功功率，視在功率也將降低。也就是說(shuō)，提升功率因數(shù)的同時(shí)，所需設(shè)備容量會(huì)減少，設(shè)備的出力將增加。將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)引入工廠供配電系統(tǒng)，可有效改善電壓質(zhì)量，這是因?yàn)闊o(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用降低了無(wú)功功率比例，一定程度上降低了工廠電壓損失，使工廠電壓保持在更加穩(wěn)定的狀態(tài)[2]。工廠電壓更加穩(wěn)定有兩個(gè)明顯的好處：一是進(jìn)一步提高了整個(gè)供配電系統(tǒng)的安全性，降低了事故發(fā)生的概率；二是工廠設(shè)備可處于更加穩(wěn)定的工作狀態(tài)，大大降低了設(shè)備因電壓不穩(wěn)出現(xiàn)故障而引發(fā)工廠損失的概率。

1.3 對(duì)變壓器選擇較為有利

工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)是否引入了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)變壓器的選擇有一定影響。若未引入無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，則無(wú)功功率占比較高，那么在選擇變壓器時(shí)要盡量選擇大容量變壓器；在引入無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的條件下，可選用小容量變壓器。比起大容量變壓器，小容量變壓器主要有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是價(jià)格較低，二是耗能較低。所以，在引入無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)并選用小容量變壓器時(shí)，工廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本可得到進(jìn)一步控制。

2 工廠供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)分析

2.1 工廠供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償方式分析

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)引入工廠配電系統(tǒng)時(shí)有多種方式可供選擇。要選出最合適的方式，首先要了解各種無(wú)功補(bǔ)償方式，其次要考慮工廠規(guī)模和工廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的需要。下面將對(duì)幾種常見(jiàn)的無(wú)功補(bǔ)償方式展開(kāi)分析。

2.1.1 高壓集中補(bǔ)償方式和低壓集中補(bǔ)償方式

在采用高壓集中補(bǔ)償方式和低壓集中補(bǔ)償方式時(shí)，需將無(wú)功補(bǔ)償裝置（高壓電容器組）安裝在變電所變壓器的母線上。變電所變壓器的母線分為高壓母線和低壓母線。當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝在高壓母線上時(shí)，即為高壓集中補(bǔ)償方式，可有效降低高壓母線的無(wú)功損耗；當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝在低壓母線上時(shí)，即為低壓集中補(bǔ)償方式，具有接線簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。所以，在兩種補(bǔ)償方式效果相差無(wú)幾時(shí)，建議優(yōu)先選擇集中補(bǔ)償方式。牽引變電所的補(bǔ)償系統(tǒng)如圖2所示，此類變電所采用集中補(bǔ)償方式，能更好地滿足變電所電力系統(tǒng)的補(bǔ)償需求。

圖2 某牽引變電所集中補(bǔ)償系統(tǒng)圖

2.1.2 分散補(bǔ)償方式

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)引入工廠供配電系統(tǒng)時(shí)，是否選擇分散補(bǔ)償方式要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行判斷。選擇分散補(bǔ)償方式時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝有兩種方式：一種是把裝置安裝在工廠變電所低壓配電線路上；一種是把裝置安裝在工廠變電所低壓配電母線上。具體的安裝方式要結(jié)合電負(fù)荷實(shí)際分布情況判斷。運(yùn)用分散補(bǔ)償方式的自動(dòng)化程度較高，能減少工作人員負(fù)擔(dān)，所以該補(bǔ)償方式在大型工廠中備受青睞[3]。

2.1.3 就地補(bǔ)償方式

相比前兩種無(wú)功補(bǔ)償方式，就地補(bǔ)償方式更具針對(duì)性，效果更好。工廠某設(shè)備能耗巨大、負(fù)荷平穩(wěn)時(shí)，可直接將合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)在該設(shè)備附近以降低設(shè)備能耗。就地補(bǔ)償方式的局限性明顯，如成本較高且不具備普適性，往往還需搭配集中補(bǔ)償方式或分散補(bǔ)償方式共同運(yùn)用。3種無(wú)功補(bǔ)償方式優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

2.2 工廠供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置分析

工廠供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置可大致分為普通補(bǔ)償裝置、串聯(lián)電抗器以及無(wú)功發(fā)生器。這3類無(wú)功補(bǔ)償裝置各有優(yōu)劣，在設(shè)計(jì)工廠供配電系統(tǒng)時(shí)，為保證無(wú)功補(bǔ)償效果，需比較市面上已有的無(wú)功補(bǔ)償裝置，并根據(jù)工廠供配電系統(tǒng)需要，選擇最合適的一種或幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置。市面上常見(jiàn)無(wú)功補(bǔ)償裝置的比較，如表2所示。

單看無(wú)功補(bǔ)償性能，靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVG）與電力有源濾波器（APF）是工廠供配電系統(tǒng)的首選。但是，在實(shí)際選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，還要考慮整體成本和工廠供配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償需求等。綜合考慮多種影響因素，晶閘管投切電容器（TSC）搭配靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVG）或電力有源濾波器（APF）的混合型裝置更加實(shí)用。

表1 3種無(wú)功補(bǔ)償方式優(yōu)缺點(diǎn)比較

表2 常見(jiàn)的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置比較

選擇哪一種補(bǔ)償裝置，需要依據(jù)電網(wǎng)的具體情況和線路的需求綜合考量。負(fù)荷變化快，可以采用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置；線路工作情況較為平穩(wěn)，可以采用靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置；復(fù)雜工況則根據(jù)具體情況選擇綜合補(bǔ)償裝置，從而達(dá)到更好的補(bǔ)償效果。

3 結(jié) 論

將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)合理運(yùn)用于工廠供配電系統(tǒng)，對(duì)工廠配供電系統(tǒng)整體性能提升較為有利，不僅可幫助工廠節(jié)約電費(fèi)支出，還可改善電壓質(zhì)量。在設(shè)計(jì)工廠供配電系統(tǒng)時(shí)，為保障無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)取得較好的運(yùn)用成效，需分析不同無(wú)功補(bǔ)償方式和無(wú)功補(bǔ)償裝置的優(yōu)劣勢(shì)，結(jié)合工廠供配電系統(tǒng)運(yùn)行管理需要，選擇并制定出最合適的無(wú)功補(bǔ)償方案，達(dá)到消除高次諧波和提高供電品質(zhì)等目的，進(jìn)而提高供配電系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。