工廠供電系統(tǒng)無功補償?shù)姆治黾皯?/h1>
2016-05-19 13:17:51王黎
建材發(fā)展導向 2016年2期
王黎
摘 要：提高工廠供電系統(tǒng)中各相關部分的功率因數(shù)，以充分利用設備的容量，增強輸電能力，減少功率損耗和電能損耗，實現(xiàn)電能的節(jié)約及供電質量的提高意義深遠。文章從無功補償?shù)脑沓霭l(fā)，介紹了無功補償技術在工廠供電系統(tǒng)的應用及其注意事項，有一定借鑒意義。
關鍵詞：無功補償；供電系統(tǒng)；功率因數(shù)
工廠用電設備繁多，且大部分為電感性設備，在生產運行中往往需要吸收大量的無功功率，進而造成工廠供電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，不僅對電壓質量造成影響，導致不能有效地利用電氣設備，更對系統(tǒng)的供電能力造成嚴重影響。因此，對工廠而言，提高系統(tǒng)中各相關部分的功率因數(shù)，以充分利用設備的容量，增強輸電能力，進而減少功率損耗和電能損耗，實現(xiàn)電能的節(jié)約及供電質量的提高，意義深遠。
1 無功補償技術原理
電流經過純電阻過程中電能會轉化為熱能，但在經過純容性負載時并未做功，因此被稱為無功功率，在實際電路中常為混合性負載，因此有電流經過時會有部分電能未做功，這時功率很小，若進行無功補償則能大幅度地提高電能利用率，利于工廠節(jié)能增效。如前所述，工廠多為感性負荷，因此電感負載需依賴公共功率的大量補償，一般可采用如下兩大種途徑，一是由輸配電系統(tǒng)提供，輸配電系統(tǒng)在設計時均要考慮有功功率及無功功率，但傳輸無功功率會對變壓器造成損害，使得系統(tǒng)效益降低。二是由補償電容器來提供，其無功功率為直接就地提供，不會造成上述問題的困擾，利于系統(tǒng)經濟效益的提高。
2 工廠供電系統(tǒng)無功補償方法
2.1 使用電力電容器作無功補償。電力電容器也稱為靜電電容器或移相電容器，實際中可通過在工廠線路上安裝靜電電容器，有效降低線路前端電網中的無功電流，此方法簡單經濟，是工廠企業(yè)中較常采用的方法，其具體補償方式有如下三種類型。
2.1.1 低壓分組補償。即通過在車間變配電室安裝電容器，減少所需電容器的總容量，提高電容器的使用效率。該補償方式采用的低壓開關及保護裝置價格低廉，可實現(xiàn)自動控制，使得配電變壓器及高壓線中的電能損耗大大減少，有效降低工廠車間內的主變壓器功率。但在此過程中切不可減少低壓線路中的無功電流，因此為增強補償效果，可將無功補償設備安置在配電箱及低壓用電設備附近，混合使用分組補償與個別補償。
2.1.2 個別補償。個別補償，也稱就地隨機補償，即直接將電容器與電動機的引出線端相連，與電動機合用一套開關設備。在采用該補償方式時，為更好地發(fā)揮其效果，要注意如下問題：（1）安裝位置選址必須正確，且不可隨意進行，如，若電氣裝置的功率因數(shù)超過0.9時，若電設備無重大變動則無需進行就地無功補償；高次諧波含量過多處不宜應用就地無功補償；電力裝置的輸出側以及逆運行的電動機不可采用就地無功補償。（2）要選擇適當?shù)难a償電容器容量，盡量避免過補償。（3）必須購買合格產品。
2.1.3 高壓集中補償。高壓集中補償，即在工廠總降壓變電所低壓側為6-IOKV的母線上安裝電容器，但該方式雖安裝簡便且利用率高，但由于該電容器只能安裝在總降壓變電所，因此只能減少變電所前電力系統(tǒng)通過的無功功率，提高本變電所的電壓質量，對工廠內部配電系統(tǒng)的無功功率作用不大，且電容器的開關設備及其保護裝置價格較高，較之前面兩種經濟效果較差。
2.2 使用同步補償器作無功補償。同步補償器也叫同步調相機，其實際上是空載運行的同步電動機在過勵磁運行狀態(tài)下，向電力系統(tǒng)供給無功功率，在欠勵磁運行狀態(tài)下，從電力系統(tǒng)吸取無功功率。該方式雖能均勻地調節(jié)電網電壓水平，但結構復雜，較之電力電容器投資及運行成本大，因此除大的電網中樞外，一般工廠不宜采用。
2.3 提高自然功率因數(shù)。工廠電氣設備的負荷性質決定著自然功率因數(shù)的高低，一般為阻性負荷的功率因數(shù)高而感性負荷的功率因數(shù)低。要提高功率因數(shù)則系統(tǒng)供給的無功功率要減少，實際中可采用以下兩大措施降低用電設備所需無功功率，提高自然功率。
2.3.1 合理選擇電動機。合理選擇電動機的規(guī)格、型號及容量，使其最大限度地接近或滿足滿載運行狀態(tài)。同時，由于各工廠生產環(huán)境及條件要求各異，異步電動機的結構形式也各異，因此選擇電動機時既要注意其電氣指標，又要兼顧其機械性能，一般來說選擇電動機形式時應盡量避免選擇和使用封閉式電動機。
2.3.2 合理選擇變壓器。變壓器消耗的無功功率因數(shù)在工廠整個供電系統(tǒng)中比例約占全部無功功率的25%，而變壓器處于空載運行狀態(tài)下的無功功率約占全部無功功率因數(shù)的80%，因此工廠要想有效地改善功率因數(shù)，節(jié)能降耗，必須綜合考慮變壓器的臺數(shù)、容量以及運行方式，確保其達到最優(yōu)化。
3 無功補償注意事項
3.1 諧波的有效抑制。電容器雖能抗諧波，但也有放大諧波的副作用，因此需對諧波進行有效抑制，具體措施如下：（1）將易受諧波侵害的補償電容器串接抑波電抗器；（2）在換流裝置附近接入濾波器；（3）在母線Pr上設置微電腦消諧裝置；（4）提高變流器的供電電壓及脈動數(shù)，減少低次諧波，將多臺變流器接于一段母線上。
3.2 并聯(lián)電容器接線方式。并聯(lián)電容器分兩大類，三角形及星形，前者又分單三角形、及雙三角形，后者分單星形及雙星形。同樣三個單相電容器，采用三角形接線的容量為星形接線的容量的3倍，因此以往工廠中以三角形接法最為普遍。但另一方面，高壓電容器三角形接法具有一定的安全隱患，因此國家規(guī)定新（擴）建高壓電容器組不再采用三角形接線，對于有些低壓三相并聯(lián)電容器內部已接成三角形屬正常接線方式。
3.3 無功倒送問題。無功倒送勢必造成配電網損耗的增加，加重輸電線路的負擔，對工廠采用固定電容器補償?shù)挠脩簦摵稍诘凸葧r往往產生無功倒送問題，對此可采用電容自動補償裝置或部分投入電容器。
3.4 運行維護問題。若供電系統(tǒng)電壓過低或功率因數(shù)過低時，則應投入并聯(lián)電容器，值班員應在并聯(lián)電容器組正常運行中對電壓、電流及室溫等進行定期檢視其，并檢查其外部是否有外殼膨脹及漏噴油等現(xiàn)象，有無放電聲響或放電痕跡，接頭是否存在發(fā)熱現(xiàn)象，放電設備是否完好，指示燈是否指示正常等。若發(fā)生以下任一情況，即：電容器爆炸；套管閃絡放電；接頭嚴重過熱；電容器嚴重噴油或燃燒；環(huán)境溫度超過40℃；變配電所母線電壓超過電容器額定電壓的1.1倍等，必須立即切除電容器。
總之，工廠企業(yè)想要降低無功耗損，滿足電力部門對電能質量的要求，必須從負荷的特性及電網的情況出發(fā)，結合自身實際特點確定無功補償?shù)姆绞健４送猓谶M行時無功補償時要遵循一定的原則，即注意降損及調壓結合，降損為重，注意總體與局部的平行關系，局部為重，注意電網與使用者的結合，注意分散補償和集中補償?shù)慕Y合，分散為重，以切實實現(xiàn)用電的經濟、可靠及安全，為工廠生產服務。
參考文獻
[1] 王雨.工廠供電系統(tǒng)無功補償問題研究[J].技術與市場，2011（06）.
[2] 趙敬濤.試論無功補償在工廠供電中的應用[J].北京電力高等專科學校學報，2012（03）.
王黎
摘 要：提高工廠供電系統(tǒng)中各相關部分的功率因數(shù)，以充分利用設備的容量，增強輸電能力，減少功率損耗和電能損耗，實現(xiàn)電能的節(jié)約及供電質量的提高意義深遠。文章從無功補償?shù)脑沓霭l(fā)，介紹了無功補償技術在工廠供電系統(tǒng)的應用及其注意事項，有一定借鑒意義。
關鍵詞：無功補償；供電系統(tǒng)；功率因數(shù)
工廠用電設備繁多，且大部分為電感性設備，在生產運行中往往需要吸收大量的無功功率，進而造成工廠供電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，不僅對電壓質量造成影響，導致不能有效地利用電氣設備，更對系統(tǒng)的供電能力造成嚴重影響。因此，對工廠而言，提高系統(tǒng)中各相關部分的功率因數(shù)，以充分利用設備的容量，增強輸電能力，進而減少功率損耗和電能損耗，實現(xiàn)電能的節(jié)約及供電質量的提高，意義深遠。
1 無功補償技術原理
電流經過純電阻過程中電能會轉化為熱能，但在經過純容性負載時并未做功，因此被稱為無功功率，在實際電路中常為混合性負載，因此有電流經過時會有部分電能未做功，這時功率很小，若進行無功補償則能大幅度地提高電能利用率，利于工廠節(jié)能增效。如前所述，工廠多為感性負荷，因此電感負載需依賴公共功率的大量補償，一般可采用如下兩大種途徑，一是由輸配電系統(tǒng)提供，輸配電系統(tǒng)在設計時均要考慮有功功率及無功功率，但傳輸無功功率會對變壓器造成損害，使得系統(tǒng)效益降低。二是由補償電容器來提供，其無功功率為直接就地提供，不會造成上述問題的困擾，利于系統(tǒng)經濟效益的提高。
2 工廠供電系統(tǒng)無功補償方法
2.1 使用電力電容器作無功補償。電力電容器也稱為靜電電容器或移相電容器，實際中可通過在工廠線路上安裝靜電電容器，有效降低線路前端電網中的無功電流，此方法簡單經濟，是工廠企業(yè)中較常采用的方法，其具體補償方式有如下三種類型。
2.1.1 低壓分組補償。即通過在車間變配電室安裝電容器，減少所需電容器的總容量，提高電容器的使用效率。該補償方式采用的低壓開關及保護裝置價格低廉，可實現(xiàn)自動控制，使得配電變壓器及高壓線中的電能損耗大大減少，有效降低工廠車間內的主變壓器功率。但在此過程中切不可減少低壓線路中的無功電流，因此為增強補償效果，可將無功補償設備安置在配電箱及低壓用電設備附近，混合使用分組補償與個別補償。
2.1.2 個別補償。個別補償，也稱就地隨機補償，即直接將電容器與電動機的引出線端相連，與電動機合用一套開關設備。在采用該補償方式時，為更好地發(fā)揮其效果，要注意如下問題：（1）安裝位置選址必須正確，且不可隨意進行，如，若電氣裝置的功率因數(shù)超過0.9時，若電設備無重大變動則無需進行就地無功補償；高次諧波含量過多處不宜應用就地無功補償；電力裝置的輸出側以及逆運行的電動機不可采用就地無功補償。（2）要選擇適當?shù)难a償電容器容量，盡量避免過補償。（3）必須購買合格產品。
2.1.3 高壓集中補償。高壓集中補償，即在工廠總降壓變電所低壓側為6-IOKV的母線上安裝電容器，但該方式雖安裝簡便且利用率高，但由于該電容器只能安裝在總降壓變電所，因此只能減少變電所前電力系統(tǒng)通過的無功功率，提高本變電所的電壓質量，對工廠內部配電系統(tǒng)的無功功率作用不大，且電容器的開關設備及其保護裝置價格較高，較之前面兩種經濟效果較差。
2.2 使用同步補償器作無功補償。同步補償器也叫同步調相機，其實際上是空載運行的同步電動機在過勵磁運行狀態(tài)下，向電力系統(tǒng)供給無功功率，在欠勵磁運行狀態(tài)下，從電力系統(tǒng)吸取無功功率。該方式雖能均勻地調節(jié)電網電壓水平，但結構復雜，較之電力電容器投資及運行成本大，因此除大的電網中樞外，一般工廠不宜采用。
2.3 提高自然功率因數(shù)。工廠電氣設備的負荷性質決定著自然功率因數(shù)的高低，一般為阻性負荷的功率因數(shù)高而感性負荷的功率因數(shù)低。要提高功率因數(shù)則系統(tǒng)供給的無功功率要減少，實際中可采用以下兩大措施降低用電設備所需無功功率，提高自然功率。
2.3.1 合理選擇電動機。合理選擇電動機的規(guī)格、型號及容量，使其最大限度地接近或滿足滿載運行狀態(tài)。同時，由于各工廠生產環(huán)境及條件要求各異，異步電動機的結構形式也各異，因此選擇電動機時既要注意其電氣指標，又要兼顧其機械性能，一般來說選擇電動機形式時應盡量避免選擇和使用封閉式電動機。
2.3.2 合理選擇變壓器。變壓器消耗的無功功率因數(shù)在工廠整個供電系統(tǒng)中比例約占全部無功功率的25%，而變壓器處于空載運行狀態(tài)下的無功功率約占全部無功功率因數(shù)的80%，因此工廠要想有效地改善功率因數(shù)，節(jié)能降耗，必須綜合考慮變壓器的臺數(shù)、容量以及運行方式，確保其達到最優(yōu)化。
3 無功補償注意事項
3.1 諧波的有效抑制。電容器雖能抗諧波，但也有放大諧波的副作用，因此需對諧波進行有效抑制，具體措施如下：（1）將易受諧波侵害的補償電容器串接抑波電抗器；（2）在換流裝置附近接入濾波器；（3）在母線Pr上設置微電腦消諧裝置；（4）提高變流器的供電電壓及脈動數(shù)，減少低次諧波，將多臺變流器接于一段母線上。
3.2 并聯(lián)電容器接線方式。并聯(lián)電容器分兩大類，三角形及星形，前者又分單三角形、及雙三角形，后者分單星形及雙星形。同樣三個單相電容器，采用三角形接線的容量為星形接線的容量的3倍，因此以往工廠中以三角形接法最為普遍。但另一方面，高壓電容器三角形接法具有一定的安全隱患，因此國家規(guī)定新（擴）建高壓電容器組不再采用三角形接線，對于有些低壓三相并聯(lián)電容器內部已接成三角形屬正常接線方式。
3.3 無功倒送問題。無功倒送勢必造成配電網損耗的增加，加重輸電線路的負擔，對工廠采用固定電容器補償?shù)挠脩簦摵稍诘凸葧r往往產生無功倒送問題，對此可采用電容自動補償裝置或部分投入電容器。
3.4 運行維護問題。若供電系統(tǒng)電壓過低或功率因數(shù)過低時，則應投入并聯(lián)電容器，值班員應在并聯(lián)電容器組正常運行中對電壓、電流及室溫等進行定期檢視其，并檢查其外部是否有外殼膨脹及漏噴油等現(xiàn)象，有無放電聲響或放電痕跡，接頭是否存在發(fā)熱現(xiàn)象，放電設備是否完好，指示燈是否指示正常等。若發(fā)生以下任一情況，即：電容器爆炸；套管閃絡放電；接頭嚴重過熱；電容器嚴重噴油或燃燒；環(huán)境溫度超過40℃；變配電所母線電壓超過電容器額定電壓的1.1倍等，必須立即切除電容器。
總之，工廠企業(yè)想要降低無功耗損，滿足電力部門對電能質量的要求，必須從負荷的特性及電網的情況出發(fā)，結合自身實際特點確定無功補償?shù)姆绞健４送猓谶M行時無功補償時要遵循一定的原則，即注意降損及調壓結合，降損為重，注意總體與局部的平行關系，局部為重，注意電網與使用者的結合，注意分散補償和集中補償?shù)慕Y合，分散為重，以切實實現(xiàn)用電的經濟、可靠及安全，為工廠生產服務。
參考文獻
[1] 王雨.工廠供電系統(tǒng)無功補償問題研究[J].技術與市場，2011（06）.
[2] 趙敬濤.試論無功補償在工廠供電中的應用[J].北京電力高等專科學校學報，2012（03）.
