冶金企業(yè)局域供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與節(jié)能降耗淺析

高海濤 裴虹

【摘要】無(wú)功潮流在電網(wǎng)系統(tǒng)中流動(dòng)，會(huì)增加電能損耗，導(dǎo)致電壓降低，引起電壓偏差。而冶金企業(yè)因其用電特點(diǎn)，感性用電負(fù)荷較多，忽視無(wú)功潮流分布勢(shì)必導(dǎo)致配電系統(tǒng)損耗增加，增加企業(yè)的用電成本。無(wú)功補(bǔ)償是電網(wǎng)運(yùn)行中最常用、最有效的降損節(jié)能技術(shù)措施之一，利用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在負(fù)荷終端就地提供必要的無(wú)功功率，可以有效提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，改善配電系統(tǒng)無(wú)功潮流分布，降低系統(tǒng)損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)用電成本。

【關(guān)鍵詞】 配電系統(tǒng)、無(wú)功補(bǔ)償、節(jié)能降耗、用電成本

1、引言

冶金企業(yè)原料、儲(chǔ)運(yùn)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工序均需消耗大量電能，在企業(yè)發(fā)展及電力供應(yīng)過(guò)程中逐步形成了一個(gè)以企業(yè)用電為中心的局域供電系統(tǒng)。由于企業(yè)不斷發(fā)展，負(fù)荷不斷增加，不但改變了企業(yè)局域配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也改變了系統(tǒng)的電源分布，造成系統(tǒng)的無(wú)功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區(qū)無(wú)功嚴(yán)重不足，電壓水平普遍較低的情況。由于認(rèn)識(shí)上存在誤區(qū)，認(rèn)為無(wú)功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)的事，與用戶沒(méi)有多大關(guān)系，忽視無(wú)功的補(bǔ)償和管理。無(wú)功補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)是要盡量減少無(wú)功功率在電力網(wǎng)絡(luò)中傳遞，就地安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，滿足用戶及網(wǎng)絡(luò)元件對(duì)無(wú)功功率的需求，從而能降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的線路有功損耗，改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電壓質(zhì)量，降低企業(yè)用電成本。

2、無(wú)功潮流與電網(wǎng)損耗

2.1電網(wǎng)電能損耗

電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量與無(wú)功功率有重大的關(guān)系。無(wú)功功率是電力系統(tǒng)一種不可缺少的功率。大量的感性負(fù)荷和電網(wǎng)中的無(wú)功功率損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無(wú)功功率，否則電網(wǎng)電壓將下降，電能質(zhì)量得不到保證。同時(shí)，無(wú)功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

電網(wǎng)元件中有功電能損耗（A0）計(jì)算：A0=3Ijf 2RT*10-3

其中：R為元件的電阻;T為運(yùn)行時(shí)間;I jf 為方均根電流。

通過(guò)以上可以看出電網(wǎng)元件中的有功損耗，與流過(guò)元件的電流平方成正比，與元件的電阻成正比。因此降低流過(guò)電網(wǎng)元件電流值，減小電阻值均可以元件有功功率損耗。

2.2功率因數(shù)對(duì)電網(wǎng)有功損耗的影響分析

流過(guò)三相電網(wǎng)元件電流：? ?I= P/（1.732* UN * COSФ）

I—流過(guò)元件的負(fù)荷電流（A）;P—輸送功率（KW）;UN—電氣元件額定電壓（KV）;COSФ—功率因數(shù)。

通過(guò)以上分析可見(jiàn)在電氣元件流過(guò)相同功率的情況下，負(fù)荷側(cè)需求的無(wú)功越少（即功率因數(shù)越高），流過(guò)元件電流越小，在上級(jí)電網(wǎng)元件中造成的有功損耗越小。因此，合理的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的選擇以及補(bǔ)償容量的確定，用電終端就地進(jìn)行精準(zhǔn)的無(wú)功補(bǔ)償，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無(wú)功的遠(yuǎn)距離傳輸，可以有效降低供電過(guò)程中的有功損耗。

3、影響功率因數(shù)的因素

3.1異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(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。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分所組成。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。

3.2供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響

當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠的無(wú)功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

3.3電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響，電弧爐冶煉等均要消耗大量的無(wú)功功率。

以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

4、電力用戶終端安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置提高功率因數(shù)的分析

4.1用戶終端提高功率因數(shù)可有效減少電能損失，降低用電成本。

根據(jù)有功損耗：A0=（P2/U2COS2φ）RT*10-3

以上可知電網(wǎng)元件電能損耗與功率因數(shù)成反比，提高用戶終端用電設(shè)備功率因數(shù)可以有效降低有功損失率（ΔA%）。

測(cè)算無(wú)功補(bǔ)償降低電力系統(tǒng)能耗的作用情況，有功損失率：ΔA%=[1-（cosφ1/cosφ2）]×100%，也就是說(shuō)當(dāng)功率因數(shù)從0.6提高到0.90時(shí)，有功損耗率降低33%左右?？梢?jiàn)在用戶終端負(fù)荷功率因數(shù)確定的情況下，合理地配置無(wú)功補(bǔ)償裝置可以達(dá)到降低有功損耗的目的，且節(jié)能效果明顯。

4.2用戶終端提高功率因數(shù)可選用較小容量的變壓器，提高設(shè)備利用率。

因?yàn)橐曉诠β蔖=1.732*UICOSφ，功率因數(shù)提高后，有功功率P相應(yīng)增加，可見(jiàn)提高功率因數(shù)不但可以降低網(wǎng)損，還可提高設(shè)備利用率。例如可選用較小容量的變壓器，減少變壓器的一次性投資和支付給電業(yè)部門(mén)按變壓器容量收取的年基本電費(fèi);從另一方面說(shuō)，如果設(shè)備輸送容量一定，功率因數(shù)提高，輸送的有功功率將增加。

4.3用戶終端提高功率因數(shù)，減少電壓降，改善電壓質(zhì)量

電網(wǎng)在進(jìn)行功率傳輸時(shí)，電流將在線路等阻抗上產(chǎn)生電壓損耗△U，假如始端電壓為U1，末端電壓為U2，則電壓損耗計(jì)算公式為：

式中：P—線路傳輸?shù)挠泄β剩↘W）;Q—線路傳輸?shù)臒o(wú)功功率（Kvar）;Un—線路額定電壓（kV）;R、X—線路電阻、電抗（Ω）

若保持有功功率恒定，而R和X為定值，無(wú)功功率Q愈小，則電壓損失愈小，電壓質(zhì)量就愈高。當(dāng)線路安裝容量為QC的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置后，線路的電壓損耗變?yōu)椋?/p>

可以看出，采取無(wú)功補(bǔ)償以后，線路傳輸?shù)臒o(wú)功功率變小，相應(yīng)減少了線路電壓的損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。為了提高企業(yè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)遵循就地補(bǔ)償，就地平衡的原則以滿足需要，借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

5、冶金企業(yè)內(nèi)部可實(shí)行力調(diào)電費(fèi)，提高系統(tǒng)功率因數(shù)

力調(diào)電費(fèi)是指根據(jù)電力用戶功率因數(shù)的高低，加收總電費(fèi)百分?jǐn)?shù)，即“調(diào)整率”，“調(diào)整率”是根據(jù)功率因數(shù)的高低是不同的，功率因數(shù)高費(fèi)率就低，功率因數(shù)低費(fèi)率就高，是一種激勵(lì)政策，而冶金企業(yè)內(nèi)部供電往往忽視此激勵(lì)措施，導(dǎo)致內(nèi)部用戶缺乏積極性。

冶金企業(yè)供電部門(mén)可借助電力行業(yè)力調(diào)電費(fèi)管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)企業(yè)局域供電系統(tǒng)內(nèi)部不同用戶的功率因數(shù)按照一定的數(shù)值進(jìn)行收取電費(fèi)，激勵(lì)終端用戶主動(dòng)就低提高功率因數(shù)，優(yōu)化企業(yè)局域供電系統(tǒng)內(nèi)無(wú)功潮流分布，降低企業(yè)供電成本，無(wú)功補(bǔ)償是企業(yè)開(kāi)支節(jié)流的有效途徑。

6、結(jié)論

本文重點(diǎn)從提高功率因數(shù)對(duì)冶金企業(yè)局域供電系統(tǒng)節(jié)能降耗，降低供電成本進(jìn)行了分析論證，明確了冶金企業(yè)局域供電系統(tǒng)內(nèi)用戶終端設(shè)備通過(guò)合理增加無(wú)功補(bǔ)償裝置提高用電終端功率因數(shù)可以降低企業(yè)生產(chǎn)用電成本。積極建議企業(yè)內(nèi)部能源管理部門(mén)積極學(xué)習(xí)電力行業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)，實(shí)行“力調(diào)電費(fèi)”管理激勵(lì)措施可達(dá)到優(yōu)化企業(yè)局域供電系統(tǒng)無(wú)功潮流，降低供電成本的目的，從而降低噸鋼、噸鐵的電單耗指標(biāo)，為企業(yè)開(kāi)源節(jié)流降低產(chǎn)品成本起到積極作用。

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