無功補(bǔ)償在軋鋼廠的應(yīng)用探究

顏 紅

（馬鋼設(shè)備檢修工程公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 前言

馬鋼第二鋼軋總廠型材分廠是以軋制型材為主的生產(chǎn)線且生產(chǎn)設(shè)備陳舊，大多數(shù)的設(shè)備都是電感性，這些電感性的設(shè)備在運(yùn)行過程中不僅需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率，還同時(shí)吸收無功功率。 如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。 因此在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償后，將可以提供補(bǔ)償感性負(fù)荷所消耗的無功功率，減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗。

1 無功補(bǔ)償?shù)念愋?/h2>

我們知道提高功率因數(shù)的方法有兩種， 一種是改善自然功率因數(shù)，另一種是人工補(bǔ)償。人工補(bǔ)償?shù)淖钇毡榈姆椒ň褪遣⒙?lián)電容器，它的基本方式有集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償三種。

1）集中補(bǔ)償主要是指在企業(yè)總降壓站，集中安裝一批高壓電力電容器，以補(bǔ)償本企業(yè)所需的無功能量，它能達(dá)到提高供電能力、減少變損與線損、穩(wěn)定電壓的目的。本廠的高壓部分補(bǔ)償就是屬于這一類型。

2）分組補(bǔ)償是根據(jù)企業(yè)各個(gè)負(fù)荷中心而進(jìn)行的局部補(bǔ)償（又稱車間小集中補(bǔ)償） 使6KV 及以上的企業(yè)內(nèi)部高壓輸電系統(tǒng)電力無功被減小到最低限度，減少了廠區(qū)內(nèi)部高壓線損和變損，提高了企業(yè)內(nèi)部高壓供電能力。 但分組補(bǔ)償不能對(duì)存在大量低壓無功的380V 低壓輸配電網(wǎng)進(jìn)行有效的補(bǔ)償。

3）就地補(bǔ)償是克服了上述兩種補(bǔ)償方式的缺點(diǎn)而進(jìn)行無功補(bǔ)償，這一種補(bǔ)償方式把無功電流局限在需要的哪個(gè)地方，消除了電力無功在高、低壓電網(wǎng)上的流動(dòng)，這是一種值得推廣的無功補(bǔ)償方式。

2 本廠無功補(bǔ)償現(xiàn)狀

在本廠的供電系統(tǒng)中，實(shí)際上多是采用高壓側(cè)補(bǔ)償和低壓側(cè)補(bǔ)償相結(jié)合的方案，以求經(jīng)濟(jì)合理地達(dá)到總的無功補(bǔ)償?shù)囊螅构S電源進(jìn)線處在最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于規(guī)定值（高壓進(jìn)線時(shí)為0.9）

以型材分廠為例，如圖1：

圖1

如上圖所示，該廠由21# 高配電所供電，在高壓側(cè)補(bǔ)償部分分別為2109 和2119 兩條線裝設(shè)采用的自動(dòng)投切無功補(bǔ)償裝置，高壓并聯(lián)電容組的容量為2100 kvar；低壓側(cè)補(bǔ)償部分裝設(shè)并聯(lián)電容柜有三處，分別在0# 電磁站、1# 電磁站和4# 電磁站，低壓電容柜是江蘇華晟公司生產(chǎn)CLN 型自動(dòng)補(bǔ)償柜，0# 電磁站為4# 變壓器供電并聯(lián)電容的大小為400kvar；1# 電磁站為1# 變壓器常供電并聯(lián)的電容大小為720 kvar；4# 電磁站為2# 變壓器常供電并聯(lián)電容大小為400 kvar。

高壓側(cè)和低壓側(cè)同時(shí)補(bǔ)償后，6kV 側(cè)需要的大部分無功由6kV 的補(bǔ)償電容提供；6kV 的母線由于安裝了并聯(lián)電容器， 功率因數(shù)得到了提高；線路末端的大部分無功由低壓電容提供。

系統(tǒng)低壓側(cè)， 由于低壓電容的補(bǔ)償作用，0.4kV 側(cè)的功率因數(shù)將被提高，從6kV 到0.4kV 的線路末端，因線路中無功電流減少，所以降低了線路損耗和變壓器損耗，同時(shí)線路越長(zhǎng)節(jié)能效果越明顯。

3 無功補(bǔ)償?shù)男б娣治?/h2>

3.1 低壓集中無功補(bǔ)償對(duì)變壓器容量的選擇影響

如圖1 所示0# 電磁站安裝的無功補(bǔ)償做個(gè)重點(diǎn)的計(jì)算分析對(duì)變壓器容量選擇的影響。

該電磁站由4# 變壓器常供電，采用的是低壓集中補(bǔ)償?shù)姆绞剑a(bǔ)償電容并聯(lián)在變壓器的二次側(cè)母線上， 所帶的負(fù)載總共容量估算約：P=550kW，cosΦ1=0.80（以電動(dòng)機(jī)為主要負(fù)載類型，經(jīng)查表得）按照正常的工作狀態(tài)的話功率因數(shù)還達(dá)不到這么大，我們以設(shè)計(jì)階段的估算值取0.8。

1）補(bǔ)償前應(yīng)選變壓器的容量

有功計(jì)算負(fù)荷：P30=P=550kW

無功計(jì)算負(fù)荷：Q30=P30*tgΦ1=550*0.75≈413kvar

視在計(jì)算負(fù)荷：S30=550/cosΦ1=550/0.8=687.5kVA

因此在無功補(bǔ)償前變壓器容量應(yīng)該選擇為：800kVA

2）無功補(bǔ)償容量

按規(guī)定，變壓器的一次側(cè)的功率因素應(yīng)該大于或者等于0.9，考慮到變壓器和線路的無功損耗，把功率因素提高到cosΦ2=0.94 為益。

要使低壓側(cè)的功率因素由0.8 提高到0.94，則低壓側(cè)需要裝設(shè)的并聯(lián)電容器的容量為：

Qc=Pe(tgΦ1-tgΦ2)= Pe*(acrcosΦ1-acrcosΦ2)= Pe*Δqc

=550*0.39=214.5 kvar（取整=220kvar）

3）補(bǔ)償后的變壓器容量和功率因素

補(bǔ)償后變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：

因此補(bǔ)償后變壓器容量可選為630kVA

變壓器的功率損耗為：

ΔP≈0.015*S′30=0.015*583=8.7kW

ΔQ≈0.06* S′30=0.06*583=35kvar

變壓器高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：

無功補(bǔ)償后的功率因素（最大負(fù)荷時(shí)）為：

cosΦ=P30/S30=560/605=0.926

這一功率因素滿足供電（0.90）的要求。

無功補(bǔ)償前后比較：

ΔS=800kVA-630kVA=170kVA

變壓器的容量在補(bǔ)償后減少了170kVA，降低了供電設(shè)備容量，減少基建投資，也減少基本電費(fèi)開支，而且由于提高了功率因數(shù)，還會(huì)減少電度開支。

3.2 降低變壓器電能損耗

變壓器的電能損耗包括兩個(gè)部分：鐵損ΔPfe 和銅損ΔPcu

鐵損只要外施電壓和頻率不變，它就是固定不變的。 銅損與負(fù)荷電流（或功率）平方成正比，即與變壓器負(fù)荷率的平方成正比。ΔPcu 近似地等于其短路損耗。

所以變壓器的損耗：△W=ΔPcu·Δβ2·t（Δβ 為變壓器補(bǔ)償前、后的負(fù)載率）

以1# 變壓器為例增設(shè)無功補(bǔ)償后變壓器的年節(jié)電量：1# 變壓器SL7-1250，6.3/0.4，ΔPcu=13.8kW,平均負(fù)荷為 750kVA，補(bǔ)償前 cosΦ0=0.75，補(bǔ)償后cosΦ1=0.95，若年電能損耗時(shí)間安7500 小時(shí)計(jì)算：

3.3 降低線路損耗

由于進(jìn)行了無功補(bǔ)償，使得線路電流減小，從而使得線路損耗大為減小,根據(jù)推導(dǎo)結(jié)果，線路損耗減小可由下式計(jì)算精確求得

ΔP線損=（P/Ue）2·R·（1/cosΦ02-1/cosΦ12）

如給生產(chǎn)線上升降臺(tái)電動(dòng)機(jī)裝上并聯(lián)電容器，采用就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)姆绞剑嘘P(guān)數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)容量：75kW，cosΦ=0.85 ，平均負(fù)荷為85%，年用電時(shí)間取7000 小時(shí)，電纜截面為3×70mm2,銅心電纜，距離為120m，補(bǔ)后要求cosΦ1 達(dá)到0.95 以上，每根電纜電阻為0.32Ω/kM

ΔP 線損=(75×0.85/0.38)2*0.32*0.12·（1/0.852-1/0.952）=0.324kW

年節(jié)電總量為：0.324×7000=2268kW·h

3.4 提高負(fù)載的端電壓

負(fù)荷電流的降低，減小了供電線路的電壓損耗，改善了負(fù)載端電壓，從而保證了電氣設(shè)備實(shí)際出力，提高了生產(chǎn)效率。

3.5 減少了用戶的電費(fèi)支出，固投資回收期限短

企業(yè)每月的電費(fèi)主要由以下組成：基本電費(fèi)=主變?nèi)萘浚╧VA）×18(元/kVA.月)；

電量電費(fèi)=有功電度（kW·h）×單價(jià)（元/kW·h）；

力調(diào)電費(fèi)=（基本電費(fèi)+電量電費(fèi)）×獎(jiǎng)懲比例

僅以上面的例子而言，1） 變壓器容量的降低每年節(jié)省基本電費(fèi)=170 ×18 ×12=36720 元

2）變壓器損耗降低節(jié)省電量電費(fèi)=14159×0.56=7929.04 元

3）降低了線路損耗節(jié)省電量電費(fèi)=2268×0.56=1270.08 元

由于增設(shè)了無功補(bǔ)償，功率因數(shù)得到了提高，依據(jù)本地電力局的要求功率因數(shù)達(dá)到0.9 以上，按每增加0.01，減收電費(fèi)總額的0.15%。

4 存在的問題及解決辦法

目前我廠使用的高、低壓無功功率補(bǔ)償裝置在使用過程中都存在一些問題，如：高壓無功補(bǔ)償部分，由于沖擊負(fù)荷平繁造成自動(dòng)投切裝置壞，自動(dòng)投切控制器不靈敏、不動(dòng)作等等，常需要人工手動(dòng)進(jìn)行投切，有的時(shí)候會(huì)造成過補(bǔ)或者補(bǔ)償不夠。低壓無功補(bǔ)償部分，也有自動(dòng)投切控制器壞，內(nèi)部的晶閘管、快熔等裝置壞，有的現(xiàn)存無功補(bǔ)償柜由于上述的原因都沒有投入使用，造成資源的浪費(fèi)；電容器本身還存在“鼓肚”、滲漏油、缺油和絕緣不良等諸多現(xiàn)象。

所以我們應(yīng)該嚴(yán)格按照并聯(lián)電容器的維護(hù)方案進(jìn)行日常的維護(hù)工作，同時(shí)還應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)備的日常點(diǎn)檢，對(duì)存在的問題或者現(xiàn)已損壞的配套設(shè)備裝置應(yīng)該及時(shí)聯(lián)系廠商進(jìn)行更換維護(hù)，使無功補(bǔ)償裝置真正發(fā)揮自身的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過上述的調(diào)查分析，無功功率補(bǔ)償在工廠供電系統(tǒng)中是非常必要的，不管是從節(jié)能的角度還是提高電網(wǎng)供電質(zhì)量的角度來看，無功功率補(bǔ)償都是值得推廣的。 從本廠現(xiàn)有的供電線路來看，不管是高壓還是低壓，有的線路還是應(yīng)該加設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置，從而達(dá)到節(jié)能和提高電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。 對(duì)于本廠現(xiàn)已裝有的無功功率補(bǔ)償裝置，我們應(yīng)該充分的利用，使其有最佳的利用效果。

［1］劉介才.工廠供電[J].2003，7.

［2］程陳.新編電力無功補(bǔ)償實(shí)用手冊(cè)[S].2009，9.

［3］冶金工業(yè)能源部.鋼鐵企業(yè)節(jié)電經(jīng)驗(yàn)[Z].1992，9.