動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造中的應(yīng)用

張 潮

（貴州瑞泰實(shí)業(yè)有限公司，貴州 六盤水 553000）

在我國國務(wù)院頒布的《國家中長期和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確指出：我國的企業(yè)發(fā)展應(yīng)堅(jiān)持以節(jié)能減排，降低能耗為優(yōu)先發(fā)展方向，要攻克主要節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)，提升一次能源利用效率，增加終端能源利用效率，重點(diǎn)研高耗能工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)與裝備。動態(tài)無功補(bǔ)償具有長距離傳輸線路電壓，進(jìn)而提升線路功率和傳輸能力、一致電網(wǎng)電壓波動、提升輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、提升受電系統(tǒng)對的電壓穩(wěn)定性、抑制功率震蕩地做作用，其重點(diǎn)是在動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)裝置中的重要樞紐點(diǎn)需要具有足夠快速反應(yīng)的動態(tài)電壓或是無功支撐。在各種復(fù)雜工業(yè)中，對其應(yīng)用可以有效地提升各個(gè)用電設(shè)備的功率因數(shù)進(jìn)而提升工業(yè)中的節(jié)能降耗的效果。

1 現(xiàn)階段國內(nèi)的形式

當(dāng)今世界中具有的能源人均占比率在逐年下滑，能源與人們的發(fā)展已經(jīng)成為社會發(fā)展的重要矛盾之一[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的能源消耗率在逐年提升，近些年來，電力能源的供應(yīng)量提升使得電力資源供應(yīng)緊張，在此種背景下，部分地區(qū)為了節(jié)約資源限制電能的應(yīng)用出現(xiàn)了拉閘限電的情況，為人們的生產(chǎn)生活造成了極大的影響。因此，需要進(jìn)行資源的節(jié)約和創(chuàng)新，國家和政府對資源的利用情況給予了高度重視，更是提出了建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會，為了推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)環(huán)境問題和資源問題的解決，出臺了許多關(guān)于節(jié)約的法規(guī)與要求等，對各省、市、縣等級別的重點(diǎn)耗能企業(yè)實(shí)行嚴(yán)格的目標(biāo)責(zé)任制，要求其進(jìn)行能源審計(jì)，加快其企業(yè)中的節(jié)能降耗技術(shù)改造。在眾多的節(jié)能技術(shù)中，動態(tài)無功補(bǔ)償具有成熟的技術(shù)哼惡經(jīng)驗(yàn)，在各個(gè)企業(yè)的節(jié)能改造中能夠有效應(yīng)用，是各地節(jié)能主管部門重點(diǎn)退關(guān)的節(jié)電新技術(shù)，吃呢崗位企業(yè)節(jié)能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要舉措之一。

2 動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的作用

2.1 提高功率因數(shù)既減少相應(yīng)電費(fèi)

動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)可以實(shí)時(shí)的跟蹤用戶側(cè)的功率因數(shù)并根據(jù)電設(shè)備對無功功率的實(shí)際需要對其進(jìn)行動態(tài)的補(bǔ)償[2]。在用戶功率因數(shù)的高低變化中，通過對電力設(shè)備的利用進(jìn)行電能的節(jié)約混合電壓質(zhì)量的改善。我國曾運(yùn)用調(diào)整電費(fèi)收取結(jié)構(gòu)的方式鼓勵(lì)用戶采取各種措施改善功率因數(shù)。在采用無功補(bǔ)償后，可以有效地提升企業(yè)功率因數(shù)電力部門的要求，進(jìn)而減少電力資源的需要和電力方面的支出。

2.2 減少供配電線路以及變壓器上的電能損耗

在采用無功補(bǔ)償后在電器和電容中負(fù)載需要的無功功率基本有動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備提供，進(jìn)而減少無功電流在電壓線路上的流動，進(jìn)而減少電能在供電輸出線路的損耗。例如，設(shè)R為線路電阻，ΔP1為補(bǔ)償之前的線路損耗，ΔP2為功率因數(shù)提升后的線路損耗，則線損減少的運(yùn)算公式為：

在進(jìn)行無功補(bǔ)償功率時(shí)，有功功率在不會改變情況下，功率因表現(xiàn)得越越高負(fù)荷電流就會與之相反，越來越小，此種狀況有助于減小線路中存在的損耗，進(jìn)而降低電能中的損耗。

2.3 提升電能的傳輸質(zhì)量

無功功率主要通過電容的得到補(bǔ)償，電容的投切會對電壓造成影響，使其突然間出現(xiàn)波動，產(chǎn)生相應(yīng)的諧波量，并無法對其進(jìn)行對抗和消減[3]。此情況可以通過保持低壓無功功率補(bǔ)償和對高壓電容組合的補(bǔ)償措施進(jìn)行有效改善，為了增加其穩(wěn)定性可以通過手動投切的方式進(jìn)行。在一般情況下，為了禁止功率補(bǔ)償過量、載量少是電壓過高等對設(shè)備造成的損壞，會運(yùn)用自動投切的方式進(jìn)行。而動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)會采用自動的低壓補(bǔ)償裝置，在此裝置運(yùn)用過程中高壓或是低壓的功率補(bǔ)償效果是一樣的，在輸電線路進(jìn)行有功負(fù)荷運(yùn)輸時(shí)可能會出現(xiàn)電壓耗損以及電線路進(jìn)行無功負(fù)載運(yùn)輸所用電壓是電壓損耗的部分進(jìn)而降低電壓損耗，達(dá)到電能質(zhì)量的提升[4]。除此之外，由于輸電線路電流在傳送過程中不斷變小，送點(diǎn)線路中的電壓損耗相應(yīng)的也會減少。進(jìn)而對系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定進(jìn)行提升和優(yōu)化，促進(jìn)大型電機(jī)的啟動電壓減小。

2.4 改善電壓質(zhì)量

隨著供電線路電流減小其具有的電壓也會相應(yīng)的減少，而線路電壓和系統(tǒng)電壓壓相應(yīng)的提升，此作用不僅提升了供電電壓的質(zhì)量更改善了用電設(shè)備的運(yùn)行和運(yùn)行狀況[5]。此外采用無功補(bǔ)償后，各個(gè)環(huán)節(jié)的開關(guān)、電器上的電流減少，開關(guān)觸頭故障也會因?yàn)殡娏飨陆刀鴾p少，使得供電線路的發(fā)熱情況減輕，提升線路的安全性和可靠性，延長設(shè)備的使用壽命。

3 動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置

3.1 動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置特點(diǎn)

現(xiàn)階段國內(nèi)具有的無功功率補(bǔ)償方式裝置是檢測用戶電網(wǎng)中cosφ的功率大小，并通過繼電接觸系統(tǒng)進(jìn)行電容器組的自動投入或是切除，進(jìn)而達(dá)到無功功率的補(bǔ)償效果[6]。但是對于大量值得無功功率和急速變化的無功功率卻無法進(jìn)行補(bǔ)償，并且對于諧波產(chǎn)生的危害月無法抵抗。因此，現(xiàn)今在企業(yè)中運(yùn)用的是動態(tài)無功率自動補(bǔ)償裝置，其運(yùn)用霍爾元件對無功功率進(jìn)行有效檢測，并且其補(bǔ)償主要回路并采用與傳統(tǒng)的繼電接觸完全不同的晶閘管開關(guān)控制，此開關(guān)控制能做到對無功功率進(jìn)行快速及時(shí)有效地自動跟蹤性補(bǔ)償，金之后與電流傳輸?shù)陌雮€(gè)周期。在補(bǔ)償主回路設(shè)置的空心電感應(yīng)器可以運(yùn)用比較容易設(shè)置的晶閘管和整流二極管進(jìn)行反并聯(lián)半波控制。此設(shè)計(jì)技能補(bǔ)償無功功率又能補(bǔ)償高次諧波。

其一，其具有cpc相位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運(yùn)用能夠真正的使動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置做到電壓過零投入、無涌流，從而使得設(shè)備的使用壽命得以有效的延長，并且其具有在精準(zhǔn)高速投切的過程中不會產(chǎn)生相應(yīng)的過渡效應(yīng)，使得此裝置能夠?qū)ν肚须娙葸^程中產(chǎn)生的巨大涌流和伴生的電壓波動進(jìn)行有效的克服。

其二，其具有著應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的特點(diǎn)。此特點(diǎn)能夠使得功率因數(shù)的補(bǔ)償模式從根本上發(fā)生改變，促進(jìn)了無功補(bǔ)償模式進(jìn)入數(shù)字時(shí)代的腳步。與此同時(shí)此特點(diǎn)還能夠從根本上保證了控制系統(tǒng)的先進(jìn)性和精準(zhǔn)性，使得其在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)能夠有效地發(fā)揮其快速、精準(zhǔn)的作用，具有更加強(qiáng)大的功能。此特點(diǎn)的運(yùn)用可以使得動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置能夠根據(jù)用戶的要求對設(shè)備進(jìn)行通信接口的配置，使得其自動能量的管理功能得以有效的提升。此外還可以通過通信網(wǎng)運(yùn)用現(xiàn)代化辦公設(shè)備對能量進(jìn)行管理，使得信息傳輸、處理、儲存等功能的運(yùn)用更加的方便。

其三，其具有能適應(yīng)負(fù)載快速、頻繁變化的工作環(huán)境特點(diǎn)。此特點(diǎn)能夠夠?qū)ρa(bǔ)償進(jìn)行精準(zhǔn)反應(yīng)，速度可以達(dá)到0.2s，只要將其進(jìn)行設(shè)置就能使得其進(jìn)行迅速的補(bǔ)償作用。此系統(tǒng)可以直接進(jìn)行電容的直接投入，并不需要等待期進(jìn)行放電設(shè)置。如果有用戶具有特殊要求時(shí)，該設(shè)備會在20ms之內(nèi)完成一組相應(yīng)的電容投入，而此種投入的速度和反映的速度是傳統(tǒng)補(bǔ)償器中無法達(dá)到的效果。因此其具有創(chuàng)新性和實(shí)效性。

其四，動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置采用了機(jī)電一體化的晶閘管復(fù)合開關(guān)，該設(shè)置的運(yùn)用既能對原晶閘管開關(guān)進(jìn)行快速的通斷的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行有效的保留，又具有導(dǎo)通不發(fā)熱的特點(diǎn)，能夠有效的對高溫進(jìn)行耐受，使得消耗減小。

其五，其具有的使用靈活簡便的模塊組合方式。在進(jìn)行實(shí)際的補(bǔ)償中補(bǔ)償?shù)姆旨壉容^多，而該裝置中運(yùn)用點(diǎn)單位的功率因數(shù)補(bǔ)償會刀刀0.99的補(bǔ)償效果，由此可見其具有的補(bǔ)償效果顯著。另外，其內(nèi)部的控制系統(tǒng)還具有一定的自動輪休功能，使得其設(shè)備的使用期限得以有效的延長。

3.2 動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置電路總圖

動態(tài)跟蹤是無功功率的自動補(bǔ)償裝置如圖1所示，其是由控制器、電容單元模塊、空氣開關(guān)、警告器組成的，其中控制器是設(shè)備的中心部件，一般情況下運(yùn)用的是CIRCUTOR computer 8df控制器，在圖1中8df是從l2、l3中提取電壓信息，并從T3中提取系統(tǒng)的電流信息，進(jìn)而對系統(tǒng)中的高功率因數(shù)進(jìn)行測量和計(jì)算，最后作出決定輸出必要的觸發(fā)信號，分成8部對晶閘管進(jìn)行導(dǎo)通再介入補(bǔ)償電容，或作出相反的決定。（見圖1）

圖1 動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置電路總圖

4 動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

4.1 企業(yè)概況

某企業(yè)是典型的民營企業(yè)，在創(chuàng)造大量經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)成為高耗能企業(yè)，年電費(fèi)支出高達(dá)數(shù)億元人民幣，對其進(jìn)行節(jié)能改造是提升經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)能效益的重要工作，此工作的開展不僅能夠有效挖掘其中具有的內(nèi)部潛力，還能促進(jìn)產(chǎn)品成本得以降低，進(jìn)而提升企業(yè)的核心競爭力[7]。該企業(yè)具有的低壓設(shè)備居多，隨著其具有的負(fù)載力變低電機(jī)的功率因素也會相應(yīng)地變低，而此企業(yè)的占地面積比較大供電線路隨之變長，進(jìn)而產(chǎn)生大量無功功率，增加電能損耗和電網(wǎng)負(fù)荷。

為了提升電力供應(yīng)的效率和降低系統(tǒng)的在運(yùn)行中的損耗，需要對配電室進(jìn)行相應(yīng)的動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備的安裝，在對該廠的具體情況和耗電量的實(shí)際情況進(jìn)行的綜合考核下，最終決定選擇動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置的技術(shù)方案。

該企業(yè)在進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的安裝中，開始是在三個(gè)配電室進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)用，對其工作的效率和與企業(yè)工作的日常運(yùn)行的匹配度進(jìn)行觀察，并對其使得工作方式進(jìn)行研究，經(jīng)過兩年的試運(yùn)行可知，其具有的節(jié)能效果和擴(kuò)容效果比較明顯。在對其進(jìn)行的節(jié)能效果的測試中顯示此設(shè)備的運(yùn)用能夠有效的起到節(jié)能的效果，運(yùn)用后的負(fù)債電流平均下降了14%，視在功率也進(jìn)行了相應(yīng)的下降，下降率為13%，功率因數(shù)得到了提升，因此其具有良好的補(bǔ)償效果。基于此，該企業(yè)為在實(shí)際的運(yùn)行中又在其他的配電室安裝了6臺相應(yīng)的補(bǔ)償設(shè)備。，在進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行中對配電室的數(shù)據(jù)記錄和分析中可知在對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的檢測中可知其不僅具有節(jié)能的效果還具有相應(yīng)的增加電工率的效果。

4.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

用無功功率補(bǔ)償后，會產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，主要有以下幾點(diǎn)：第一，在進(jìn)行補(bǔ)償后，變壓器的二測次電流強(qiáng)度大幅度降低，變壓器中的銅鐵耗損也相應(yīng)地會減少[8]。首先是對變壓器銅耗損進(jìn)行有效的節(jié)約。在進(jìn)行有效的補(bǔ)償后，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可見變壓器的二次側(cè)的電流會具有明顯的下降和減少。惡戲中節(jié)約的變壓器耗損一般會有三部分組成：分廠變壓器減少耗損、總廠變壓器減少耗損、總廠總變壓器減少耗損。其次，會產(chǎn)生節(jié)約線損。節(jié)約線損同樣也是由三部分組成：從補(bǔ)償器到分廠變壓器供電線路節(jié)約的線損、從變壓器到變壓器之間的供電線路節(jié)約的線損、重合分變壓器到中變壓器之間供電線路節(jié)約的線損；第二，為了衡量無功功率補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，會在無功功率中引進(jìn)“無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量”的概念，即每一千乏無功功率再整個(gè)電力系統(tǒng)中節(jié)約的有功功率耗損。為衡量無用功率補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，需要在無功功率補(bǔ)償領(lǐng)域引入“無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量”的概念，此概念指的是只要補(bǔ)償一千乏無功功率就會對整個(gè)典例系統(tǒng)中的有功功率的耗損進(jìn)行節(jié)約。無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的大小與復(fù)合點(diǎn)到電源各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況具有直接的關(guān)系，對于高壓變壓器節(jié)約的銅損以及電線路節(jié)約的線損會在高壓測量設(shè)備的運(yùn)行中受到制約，因此使得實(shí)際的測量比較困難，因此在進(jìn)行測量是會采用無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量估算的方法進(jìn)行。根據(jù)該集團(tuán)具有的實(shí)際情況無功功率測量方法的運(yùn)用具有實(shí)際的意義，在對其進(jìn)行車輛的過程中不僅能保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還能有效的促進(jìn)測量的便捷性。

此外，對其進(jìn)行補(bǔ)償還會增加中斷的電壓，提升設(shè)備效率和功率因數(shù)，進(jìn)而提升工業(yè)產(chǎn)能，增加經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

總而言之，在輸配電系統(tǒng)中具有的無功功率補(bǔ)償具有重要作用。現(xiàn)階段，根據(jù)調(diào)查顯示，現(xiàn)金具有的動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)具有穩(wěn)定電力系統(tǒng)性能的作用，不僅可以在各個(gè)環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用，還具有明顯的節(jié)能效果，適用于企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造中各種電機(jī)產(chǎn)品的技能改造。在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效的跟蹤電動機(jī)的負(fù)載變化對其進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，降低內(nèi)網(wǎng)消耗，提升功率因數(shù)，穩(wěn)定電容性能，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益安全可靠。在企業(yè)節(jié)能技術(shù)的改造中對于各種感性負(fù)載的設(shè)備皆可使用，并且對于長時(shí)間運(yùn)作的大型低電設(shè)備的節(jié)能效果比較明顯，進(jìn)而提升企業(yè)節(jié)約資源戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)效率和效果，促進(jìn)企業(yè)節(jié)能與發(fā)展的雙豐收。