無功就地補償技術在地方熱電廠的應用

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摘要：本文對無功就地補償技術在地方熱電廠的應用中進行了分析，該技術能夠起到節約電能、提高供電質量、節約材料費等作用，在熱電廠供電系統中的應用有較好的發展前景。

關鍵詞：無功補償；就地；節能；應用

1、引言

功率因數是電力系統電氣運行的一項重要指標，用來衡量用電設備（包括：廣義的用電設備，如：電網的變壓器、傳輸線路，等等）的用電效率的數據。

特別對于電力用戶尤為重要。提高電力用戶負荷的功率因數可以使發、變、配電設備和輸電線路的負載能力得到充分的發揮，降低供電變壓器和線路的電壓損失、并節約電能。目前用于提高功率因數的無功補償裝置各式各樣，種類與方式較多，這里不一一陳述，只對無功就地補償在某熱電廠的簡單應用做一下介紹。

2、熱電廠的供電（廠用電）概況由于小型熱電廠的發電機出口電壓多為10KV，而常用高壓電源電壓通常為10KV，發電機本身通過調節勵磁裝置可以改變無功大小，故電廠內無需專設集中無功補償。低壓380V 廠用變壓器多為集中布置，眾多主要用電設備為電動機。對于一些距離變壓器較遠的電動機則存在著，線路長，電壓損失加大，用電效率低的現象，如深井泵，工業水泵，循環泵等設備有時無法避免距離變壓器較遠的事實。此時便應用到了無功就地補償的技術。

3、無功就地補償原理及分析

電網中常用的無功補償方式包括：

① 集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組；

② 分組補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器；

③ 單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯電容器等。無功就地補償技術采用靜電電容器直接并聯于電網末端的感性負載上，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率2可由容性負荷輸出的無功功率補償，最大限度地減小系統中流過的無功功率。原理如下圖：

圖中i1—補償前電流

ic—電容電流

i2—補償后電流

如上圖，在沒有補償前，線路電路i1 滯后于電壓u Φ1 電角度，采用電容器進行無功補償后，線路電流i2 滯后于電壓u Φ2 電角度，因為Φ2 小于Φ1，所以cosΦ2 大于cosΦ1，即無功補償后的功率因數值大于補償前的功率因數值。因此，利用靜電電容器進行無功功率補償，可以提高電力設備運行功率因數。

3.1 無功就地補償優點

3.1.1 可降低供電線路的功率損耗

由于用電設備自身無功功率的存在，使得供電系統向就地用電設備提供有功功率的同時還提供相應的無功功率，這樣線路在輸送有功電流的同時還輸送一定的無功電流，總的視在電流增加了。如下列公式計算：

視在功率：S=1.732U·I·10-3（1）

式中 S—視在功率，KVA

有功功率：P=1.732U·I·cosΦ·10-3（2）

式中 P—有功功率，kW

I—相電流有效值，A

U—線電壓有效值，V

cosΦ—功率因數

無功功率：Q=1.732U·I·sinΦ·10-3（3）

式中 Q—無功功率，KVAR

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三相供電線路中的功率損耗主要是流過供電線路的視在電流在線路電阻上的熱損耗。即：

P1=3·I2·R·10-3（4）

式中 P1—三相供電線路損耗，kWR—供電線路每相的直流電阻，Ω將式（2）代入式（4）中整理得出：

（5）由式（5）可以看出P1 與cos2Φ由成反比。

提高功率因數后，線損率也下降了，從而線路減少設計容量、減少

投資，運行期間減少了廠用電，增加電廠對外的有功功率的輸送比例，

以及降低線損都直接影響著供電企業的經濟效益。

3.1.2 可減少供電線路電壓損失

線路電壓損失可以按下兩個公式計算：

（6）

（7）

按上式（6）的計算得出補償后供電線路電電流減少，故由式（7）計算補償后線路電壓損失減少，這樣有利于用電設備重負荷起動。

3.2 無功就地補償缺點：

3.2.1 不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償：就地補償區域最大，效果也好，但它總的靜電電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器的利用率低。高壓集中補償和低壓分組補償的電容器容量相對較小，利用率高，且能補償變壓器自身的無功損耗。因此，這三種補償方式各有應用范圍，應結合實際確定使用場合，各司其職。

3.2.2 電動機起動頻繁或經常正反轉的場合，不宜采用就地補償：

異步電動機直接起動時，起動電流約為額定電流的4-7 倍，即使采用降壓起動措施，其起動電流也是額定電流的2-3 倍。因此在電動機起動瞬

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間，與電動機并聯的電容器勢必流過浪涌沖擊電流，這對頻繁起動的場合，不僅增加線損，而且引起電容器過熱，降低使用壽命。此外，對具有正反轉起動的場合，應把補償電容器接到接觸器電源進線側，這雖能使電容隨電動機的運行而投入。但當接觸器剛斷開時，電容器會向電動機繞組放電，，引起電動機自激產生高電壓，這也有不妥之處。若將補償電容器接于電源側，當電動機停運時，電網仍向電容器供給電流，造成電容器負擔加重，產生不必要的損耗。為此，對無功補償功率較大的電容器，如需接在電源進線側，則應對電容器另外加控制開關，在電動機停運時予以切除。

3.2.3 大容量電力電子裝置，就地補償不恰當：隨著大型電力電子裝置的廣泛應用，尤其是采用大容量晶閘管電源供電后，致使電網波形畸變，諧波分量增大，功率因數降低。更由于此類負載經常是快速變化，諧波次數增高，危及供電質量，對通訊設備影響也很大，所以此類負載采用就地補償是不安全，不恰當的。因為①電力電子裝置會產生高次諧波，在負載電感上有部分被抑制。但當負載并聯電容器后，高次諧波可順利通過電容器，這就等效地增加了供電網絡中的諧波成分。②由于諧波電流的存在，會增加電容器的負擔，容易造成電容器的過流、過熱，甚至損壞。③電力電子裝置供電的負載如軋鋼機、電弧爐等具有沖擊性無功負載，這要求無功補償的響應速度要快，但并聯電容器的補償方法是難以奏效。

4、實際應用

以某熱電廠冷卻水循環泵電動機為例，無功補償裝置直接安裝在電動機進線處，進行比較。

該循環泵電機額定參數為：額定功率185KW，額定電壓380V，額定電流347A，功率因數0.90，額定轉速990rpm。電纜型號規格為HLYFG-1KV，3×240+120。距離約100 米。未安裝無功補償之前，電機運行電壓約350V，運行電流約380A，功率因數約為0.65，這樣就增大了供電線路的功率損耗。根據以下公式選擇電容器容量：

Qc =α*P*（tgφ1—tgφ2）