大型煤化工企業無功補償裝置設計

摘要：煤化工企業的無功補償容量計算，需充分考慮發電機的無功出力，同時需合理分配全廠的無功補償容量，以實現全廠電壓水平的最優控制。煤化工企業內的熱電裝置無功補償設置，需根據其廠用分支的接線情況確定。

關鍵詞：無功補償；電壓水平

近年來，煤化工行業迅速興起，因其工藝裝置多，用電負荷大，且通常配有抽汽發電機和余熱利用發電機，全廠電氣系統較為復雜。其無功補償裝置的設計，與全廠有功功率平衡、無功功率平衡、電壓水平控制關系密切，需認真研究。

對于企業無功功率及功率因數的要求，《供電營業規則》第四十一條規定：無功電力應就地平衡。用戶應在提高用電自然功數的基礎上，按有關標準設計和安裝無功補償設備，并做到隨負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。除電網有特殊要求的用戶外，用戶在當地供電企業規定的電網高峰負荷時的功率因數，應達到下列規定：100千伏安及以上高壓供電的用戶功率因數為0.90以上。其他電力用戶中大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業，功率因數為0.85以上。

煤化工裝置的無功補償裝置設計，需首先進行全廠的無功功率平衡，計算無功缺失，確定全廠的無功功率補償容量，最后合理分配無功補償裝置。

1.確定無功補償總容量

計算全廠有功功率P，通常采用利用系數法或需要系數法。計算時，需結合工藝的蒸汽平衡、并適當計及發電機的檢修及故障，綜合考慮后確定發電機的出力。全廠蒸汽平衡有冬季工況和夏季工況，冬季發電量較小，有功功率平衡可按冬季工況考慮，發電機可按一臺檢修另一臺故障，或者一臺故障考慮。

計算發全廠無功功率Q，無功功率計算需與有功功率計算同步進行。計算時，注意要計算變壓器的無功損耗、同步電動機的無功出力、發電機無功出力。發電機無功出力按額定功率因數計算。若全廠無功功率有富余，則全廠無需再安裝無補償裝置。

發電機作為巨大的無功功率源，需要充分利用，以減少全廠無功補償容量，其經濟效益顯著。

補償前的功率因數為。補償后的功率因數為，通常取0.9，當地電力部門有特殊要求時，需滿足電力部門的要求。需要安裝的無功補償容量為：

2.合理分配無功補償裝置。

無功補償裝置的設置，直接關系到全廠無功功率的流向，因而與各級母線電壓水平密切相關。電壓降落的公式為：

式中為電壓降，P為傳輸的有功功率，Q為傳輸的無功功率，R為線路及變壓器的電阻，X為線路及變壓器的電抗，U1為始端電壓。

煤化工裝置內的導體，主要為電纜及母線，R很小可以忽略，線路的電抗相對于變壓器的電抗值，也可以忽略，因此，電壓降落主要為變壓器的電抗導致，上式可簡化為：

當母線負荷較輕時，無功功率輸送很少，電壓降落很少，母線電壓維持較高的水平；當負荷較重，且沒有安裝無功補償裝置時，隨著有功功率的增加，無功功率也迅速增加，母線電壓下降較大；安裝無功補償裝置后，無功輸送較少，變壓器電壓降較小，母線電壓變化較小，對于廠內電壓水平的控制為非常有利。

無功補償裝置的安裝的優先級為：380V母線、10kV母線、35kV母線，以減少無功功率輸送。首先考慮將全廠380V母線功率因數補償到0.9。然后看剩余無功補償容量是否足夠將全廠10kV母線補償到0.9時，不足時，按照各段10kV母線補償后的功率因數相等原則，配置10kV母線無功補償裝置；足夠時，將最后剩余的無功補償容量按照各段35kV母線補償后的功率因數相等原則，配置35kV母線無功補償裝置。

此外，由于煤化工企業內的熱電裝置通常配有發電機，熱電裝置內是否需要配無功補償裝置，需要根據熱電裝置的電氣主接線確定。

下圖為某煤化工企業的其中一個區域變電站電氣主接線。2路110kV線路來自全廠總變電所，35kV為單母線分段接線，每段母線接有1臺發電機及若干35kV變壓器。10kV I母、II母，380V I母、II母分別為熱電裝置的廠用母線。

當發電機為發變組接線方式，無廠用分支時，熱電裝置與其他化工裝置一樣，需安裝無功補償裝置。如圖所示，10kV I母、380V I母，均需安裝無功補償裝置。

當發電機出為發變組接線方式，發電機出口有廠用分支時，由于發電機可以發出大量無功，且遠大于廠用分支的無功需量，廠用分支無需安裝無功補償裝置。如10kV 廠用I母、380V 廠用I母，均無需安裝無功補償裝置。

參考文獻：

[1]供電營業規則

[2]工業與民用配電設計手冊

作者簡介：

孟憲東，1983年，工程師，碩士，主要從事發電廠電氣設計。