化工企業(yè)無功補償?shù)墓?jié)能潛力分析

孫衛(wèi)明 張立明

（中國海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測中心，天津，300452）

1 引言

化工企業(yè)主要用電設(shè)備為空壓機、各類風(fēng)機、泵類等感性負(fù)載，這些感性設(shè)備在生產(chǎn)運行中要吸收大量的無功功率。而無功功率的增加會造成企業(yè)供配電系統(tǒng)功率因數(shù)降低，從而出現(xiàn)企業(yè)供配電系統(tǒng)電壓下降、電機等設(shè)備效率降低、線路損耗增加以及供配電系統(tǒng)供電能力下降等情況。因而進行無功功率補償，提高供配電系統(tǒng)功率因數(shù)對化工企業(yè)節(jié)能降耗有著極其重要的意義。

2 企業(yè)供配電系統(tǒng)簡介

某化工企業(yè)是一家以天然氣為原料，設(shè)計年產(chǎn)30萬噸合成氨，52萬噸大顆粒尿素的大型氮肥企業(yè)。該企業(yè)采用110kV供電，電源取自當(dāng)?shù)毓╇姽镜淖冸娬荆?jīng)兩臺25000kVA主變壓器降至6kV后供給企業(yè)和公用工程用電，年用電量在9500萬kwh左右。企業(yè)供配電系統(tǒng)圖如圖1

圖1 某化工企業(yè)供配電系統(tǒng)圖

在對企業(yè)供配電系統(tǒng)進行監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)，企業(yè)在110kV進線處功率因數(shù)為0.9以上，滿足當(dāng)?shù)毓╇娋謱υ撈髽I(yè)功率因數(shù)的要求；但在部分6kV用戶側(cè)（如循環(huán)水變配電所等）功率因數(shù)僅為0.7左右，有的甚至低于0.6，使得企業(yè)供配電系統(tǒng)長期運行在低效率、高損耗的狀態(tài)。企業(yè)主要配電室功率因數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)參見表1 。

表1 企業(yè)主要配電室功率因數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)

在對企業(yè)供配電系統(tǒng)進行現(xiàn)場監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)部分裝置無功補償裝置運行不正常：如合成裝置是全套引進國外設(shè)備，無功補償電容分散集成在各配電柜內(nèi)。但由于目前裝置已運行15年，大大超出補償電容的正常壽命，而目前國內(nèi)外均沒有合適的配件進行更換，造成裝置運行時沒有無功功率補償，致使電力系統(tǒng)運行條件惡化。同時發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵與配電變壓器距離較遠，因功率因數(shù)偏低致使電力電纜線損過大。

3 功率因數(shù)偏低的危害

企業(yè)供配電系統(tǒng)自然功率因數(shù)偏低，將造成以下不良影響：

3.1 增加電網(wǎng)電力損耗

功率因數(shù)的降低，增加了企業(yè)供配電系統(tǒng)中變壓器和線路的損耗。假設(shè)企業(yè)供配電系統(tǒng)中傳輸?shù)挠泄β蕿镻，則原線路與功率因數(shù)提高后的線路損耗差值如式（1）。

式中：

ΔP——原線路與功率因數(shù)提高后線路損耗的差值，kW；

ΔP1——原線路損耗，kW；

ΔP2——功率因數(shù)提高后的線路損耗，kW；

R——線路電阻，Ω；

I1——原線路電流，A；

I2——功率因數(shù)提高后的線路電流，A。

比原線路損耗減少的百分比計算如式（2）。

式中：

θ——功率因數(shù)提高后線路損耗比原線路損耗減少的百分比，%；

U1——原線路電壓，V；

cosφ1——原線路功率因數(shù)；

U2——功率因數(shù)提高后的線路電壓，V；

cosφ2——功率因數(shù)提高后的線路功率因數(shù)。

在實際情況下，功率因數(shù)補償后，線路的電壓U2＞U1。但在此為了方便分析，可以認(rèn)為，則上式可簡化為式（3）。

現(xiàn)以一條線路從不同功率因數(shù)提高到0.9時為例，其線路損耗降低率見表2 。

表2 不同功率因數(shù)下的線損率

由于變壓器的銅耗與所輸送電流平方成正比，由上面分析可知當(dāng)變壓器的功率因數(shù)從0.8提高到0.9時，其銅耗僅相當(dāng)于原來的79%，降低了變壓器的損耗。

3.2 降低了供配電設(shè)備的供電能力

以一臺1600kVA變壓器為例，功率因數(shù)從0.6、0.7、0.8不同時期其所帶負(fù)荷見表3 。

表3 不同功率因數(shù)下的變壓器供電能力

由上表可以看出，在功率因數(shù)不同的情況下，電網(wǎng)實際帶負(fù)荷的能力下降。

3.3 增加了線路壓降

功率因數(shù)偏低，造成線路損耗增加，線路電壓降也增加，使得末端用電設(shè)備運行條件惡化，造成某些對供電電壓比較敏感的設(shè)備運行不正常，產(chǎn)生危害。

4 解決方案

利用無功補償裝置提高系統(tǒng)的無功容量，根據(jù)系統(tǒng)需要的無功功率靈活投入，這樣就可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。通常采用的補償方式分為集中補償、分散補償和就地補償三種方式。其主要優(yōu)缺點見表4 。

表4 無功補償方式對比

5 無功補償節(jié)能潛力計算

綜合以上三種補償裝置的優(yōu)缺點，同時針對某企業(yè)現(xiàn)場核實的情況，建議企業(yè)在空分、合成、包裝三個配電室設(shè)置分散補償裝置；而在循環(huán)水配電室設(shè)置就地補償裝置。

通過對企業(yè)供配電系統(tǒng)安裝無功補償裝置，向電網(wǎng)提供可調(diào)節(jié)的容性負(fù)荷，補償多余的感性負(fù)荷，使企業(yè)內(nèi)部功率因數(shù)提高到0.9以上。以線損為例，年用電量為9500萬kwh，按照企業(yè)線損率為5%，功率因數(shù)由0.8提高到0.9，每年可減少線損99.75萬kwh，按照0.67元/kwh計算，年可節(jié)約66.83萬元。

6 結(jié)論

從以上對企業(yè)功率因數(shù)的分析可以看出，提高功率因數(shù)對于企業(yè)開展節(jié)能減排、低碳環(huán)保工作有著極其重要的作用。在國家“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃的大背景下，企業(yè)的節(jié)能減排工作就需要從小事做起，通過技術(shù)手段降低企業(yè)用能消耗，為社會的節(jié)能減排工作做出自己的貢獻。

[1]中國電氣工程大典編輯委員會.中國電氣工程大典第11卷.北京：中國電力出版社，2009年