某石化企業(yè)新上電力電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)男б娣治?/h1>

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安科瑞 鮑靜君

　　摘要：：通過分析某石化企業(yè)新上電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)性，表明電容器無功補(bǔ)償裝置可調(diào)整系統(tǒng)進(jìn)線下網(wǎng)功率因數(shù),，達(dá)到很好功率因數(shù),，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)挖掘發(fā)電設(shè)備潛力，做到節(jié)能降耗,，充分提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,。

　　關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償；功率因數(shù),；經(jīng)濟(jì)效益

　　該企業(yè)動(dòng)力生產(chǎn)管理部新上電容器補(bǔ)償裝置投入前,，35KV系統(tǒng)無功來源有兩個(gè),，一是取自吉利變電站110KV，即總進(jìn)線系統(tǒng)無功,，二是靠三臺發(fā)電機(jī)組多發(fā)無功功率,。目前,，35kV系統(tǒng)總無功負(fù)荷約27MVAR,，當(dāng)吉利變電站出現(xiàn)故障或動(dòng)力部的發(fā)電機(jī)事故解列時(shí)都會(huì)導(dǎo)致35kV系統(tǒng)無功嚴(yán)重缺乏，末端壓降大,，系統(tǒng)損耗大,，無法正常啟動(dòng)大型電動(dòng)設(shè)備，對生產(chǎn)造成較大影響,。

　　動(dòng)力部作為企業(yè)供電的總站,，35KV主網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行日益受到重視。降低網(wǎng)損,，提高電力系統(tǒng)發(fā)電,、輸電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是我廠面臨的實(shí)際問題，也是我廠減少電力能耗的主要方向之一,。因此,，在35KV系統(tǒng)中根據(jù)實(shí)際情況采用無功補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù),，降低網(wǎng)損,，提高電能質(zhì)量和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性具有重要意義。

　　1無功補(bǔ)償概述

　　電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置大多是針對某個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無功補(bǔ)償,。這是因?yàn)闊o功的產(chǎn)生不消耗電能,，但是無功功率沿電力網(wǎng)傳送卻能引起電壓損耗和功率損耗。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器,。這兩者相比,，并聯(lián)電容器是無功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的補(bǔ)償裝置，它具有補(bǔ)償簡單經(jīng)濟(jì),、靈活方便和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),，而電容補(bǔ)償主要補(bǔ)償固定的無功，如果采用電容分組投切能夠更好地適應(yīng)負(fù)荷無功的動(dòng)態(tài)變化,，這是一種有級無功調(diào)節(jié),。

　　因此，通過電容器補(bǔ)償無功功率,，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓,，提高用戶處的電壓質(zhì)量，改變電力網(wǎng)的無功潮流分布,，減少網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和電壓損耗

　　2 電容器補(bǔ)償原理及意義

　　該企業(yè)的用電負(fù)荷多為電力變壓器,、輸電線路電感和下級裝置的各電壓等級電動(dòng)機(jī),，這些大部分屬于感性負(fù)載，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率,。感性負(fù)荷造成電網(wǎng)功率因數(shù)低,，增加電網(wǎng)能耗，影響發(fā)電機(jī)的輸出有功功率及影響變電,、輸電的供電能力,，還增加了輸電線路的電壓降等。所以對電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償是該企業(yè)的重要工作,。

　　該企業(yè)電力系統(tǒng)中無功電源主要來自3臺發(fā)電機(jī),、110KV外網(wǎng)系統(tǒng)，單靠發(fā)電機(jī),、外線路是不能滿足系統(tǒng)對無功電力的需求,。一是外電網(wǎng)響應(yīng)慢，二是動(dòng)力部3臺發(fā)電機(jī)為保證110KV線路功率因數(shù),，都運(yùn)行在高無功功率狀態(tài),，事故情況下補(bǔ)償裕度非常有限，因此通過新上電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償是很好的選擇,。

　　根據(jù)電路原理,，電流在電感元件中作功時(shí)，電流滯后于電壓90o,。而電流在電容元件中作功時(shí),，電壓滯后于電流90o。在同一電路中,，電感電流與電容電流方向相反,，互差180o，兩者的電流相互抵消,，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,。感性負(fù)荷的有功電流IH與電壓U同相位，假設(shè)電感和電容的合成電流為I1,，無功功率為Q1,，功率因數(shù)cosφ1，各相量的相位關(guān)系如下圖,。

圖1 感性負(fù)荷并聯(lián)電容器前后各向量相位圖

　　由圖1可得,，在電感兩端并聯(lián)電容器后，電壓滯后于容性無功電流IC為90°(其無功功率為QC),，總無功電流I'L=IL+IC,。因?yàn)镮L與IC相位相反，故IL減小到I'L，而IH與IL的合成電流I2小于電容器補(bǔ)償前I1的值,，功率因數(shù)也由cosφ1提高到cosφ2,，可得電容器補(bǔ)償后的無功功率為Q2=Q1-QC。

　　3 電容器無功補(bǔ)償效益分析

　　為了優(yōu)化熱電站35kV系統(tǒng)無功，使系統(tǒng)功率因數(shù)不低于0.9，確保系統(tǒng)電壓質(zhì)量,。動(dòng)力部在2011年10月新上電容器補(bǔ)償裝置24000kvar，對全廠35KV系統(tǒng)進(jìn)行無功功率集中補(bǔ)償,，將高壓電容器組集中裝在35KV高壓開關(guān)站內(nèi)。補(bǔ)償電容器共分為四組,，每組60kvar,，分別安裝在35KVI段和II段,。本文通過投入電容器補(bǔ)償裝置前后四個(gè)月數(shù)據(jù)的研究,，對無功補(bǔ)償?shù)男б鎻囊韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行分析。

　　3.1提高系統(tǒng)功率因數(shù)

　　自2011年12月7日投入三組電容器補(bǔ)償裝置后,，動(dòng)力部熱電系統(tǒng)總進(jìn)線功率因數(shù)提高了1.3個(gè)百分點(diǎn),。功率因數(shù)提高后，電費(fèi)開支大幅減少,。補(bǔ)償前,，由于熱電系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)不到電業(yè)局的要求(電業(yè)局要求0.9以上，若低于0.9加收費(fèi)用,，若高于0.9,，將按高出百分點(diǎn)減免電費(fèi))，經(jīng)常被罰款,。動(dòng)力部安裝電容器補(bǔ)償裝置后,，不但沒有罰款，每月還獲得相應(yīng)額度的獎(jiǎng)勵(lì),。

　　根據(jù)電力系統(tǒng)供電方式的無功經(jīng)濟(jì)量計(jì)算方法,，每安裝1000kvar并聯(lián)電容器裝置，當(dāng)處在功率因數(shù)為0.9時(shí),，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量為0.062千瓦/千乏,，則每小時(shí)可節(jié)電62度，用電容器總?cè)萘繛?4000kvar折算,，節(jié)電為1500度,，全年按實(shí)際運(yùn)行8700小時(shí)計(jì)算，可節(jié)電130萬度,，每度電成本按0.53元計(jì)算,，全年節(jié)電價(jià)值為70萬元。

　　3.2降低線路損耗

　　電流下降表明在系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小，從而節(jié)省了能耗,，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定,。當(dāng)電流通過電阻為R的線路時(shí)，其功率損失為：

　　△P=3I2R×10-3(kW)

　　或=P2+Q2U2/R×10-3（kW）

　　式中：I—流過線路的電流,，A,；Q—線路傳輸無功功率，kVA,；

　　cosφ—線路負(fù)荷的功率因數(shù),。

　　由于有功損耗與cos2φ成反比，所以提高功率因數(shù)cosφ可以大大降低損失,。

　　3.3提高變壓器利用率

　　動(dòng)力部高壓變壓器一共6臺,，2臺系統(tǒng)側(cè)高壓變110KV/35KV，3臺發(fā)電機(jī)-變壓6KV/35KV,，1臺高備變110KV/35KV,，投入電容器無功補(bǔ)償后，系統(tǒng)功率因數(shù)的提高,，不但減少了線路損耗,，還使變壓器功率因數(shù)得以提高，大大降低了變壓器的銅損耗,。經(jīng)統(tǒng)計(jì),，35kV系統(tǒng)實(shí)施功率因數(shù)補(bǔ)償措施后，變壓器平均功率因數(shù)從0.7提高到0.9附近,，使得有功損耗降低20%~40%,，每年減少系統(tǒng)變線損耗160萬元。但由于發(fā)電機(jī)側(cè)變壓器工作于高負(fù)荷狀態(tài)下,，當(dāng)停機(jī)后,，由于熱脹冷縮，發(fā)電機(jī)出口的絕緣管型母線與1#變壓器和2#變壓器連接處出現(xiàn)漏油現(xiàn)象,。目前動(dòng)力部技術(shù)組正在尋找解決方案,。

　　3.4挖掘發(fā)電設(shè)備潛力

　　3.4.1提高發(fā)電機(jī)功率因數(shù)

　　在發(fā)電機(jī)容量不變的情況下，提高功率因數(shù)就可少發(fā)無功,，多發(fā)有功,。多發(fā)的有功功率△P計(jì)算如式（1）：△P=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(1)

　　其中，P為功率因數(shù)提高前的有功功率,；P1為功率因數(shù)提高后的有功功率,；cosφ、cosφ1為電容器補(bǔ)償前,、后的功率因數(shù),；S為用電設(shè)備的額定容量。

　　該企業(yè)電力系統(tǒng)采取無功補(bǔ)償后，動(dòng)力部3臺發(fā)電機(jī)就可少發(fā)無功,，多發(fā)有功,，實(shí)現(xiàn)銘牌出力，而不需要將無功功率設(shè)置的過高,。發(fā)電機(jī)在保證供汽情況下,，動(dòng)力部1#發(fā)電機(jī)、3#發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)均達(dá)到0.92,，兩臺機(jī)的有功功率根據(jù)公司實(shí)際負(fù)荷要求在4.5~5萬之間長周期,、正常運(yùn)行，現(xiàn)階段2臺發(fā)電機(jī)發(fā)電量超過2011年的3臺機(jī)發(fā)電量,。電容器補(bǔ)償后一旦出現(xiàn)一臺機(jī)組甩負(fù)荷,，另外兩臺機(jī)組也能快速的響應(yīng)，大幅度的提高無功功率,，維持系統(tǒng)電壓,，在外電網(wǎng)出現(xiàn)短路的情況下，也能迅速補(bǔ)出無功缺口,，維持系統(tǒng)穩(wěn)定,。

　　功率因數(shù)提高后，發(fā)電設(shè)備出力得以提升,，去除了以往通過發(fā)電機(jī)組提升系統(tǒng)無功的瓶頸，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)長期低于額定功率因數(shù)0.8的情況得以解決,，長時(shí)間低功率因數(shù)運(yùn)行致使發(fā)電機(jī)壽命縮短的隱患也得以去除,。

　　3.4.2 減少無功功率

　　系統(tǒng)需要的有功不變，若需要的無功減少,，則需要投入的用電設(shè)備容量S1也將相應(yīng)減少,，減少量△S如式（2）：

　　△S=S-S1=P(1/cosφ-1/cosφ1)(2)

　　減少供電設(shè)備容量占原容量S的百分比為

　　△S/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1)(3)

　　電容器投入前，動(dòng)力生產(chǎn)管理部運(yùn)行發(fā)電機(jī)的總無功發(fā)電量約為6.8萬kW,，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)平均為0.72,，電容器投入后，運(yùn)行發(fā)電機(jī)的總無功發(fā)電量約為4.6萬kW,，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)平均為0.95,。由電容器投入前后發(fā)電機(jī)的總無功發(fā)電量可以看出，無功減少量達(dá)到2.2萬kW,，電容器補(bǔ)償效果比較顯著,。由式（3）也可得，△S/S為24.5%,。

　　4安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

　　4.1產(chǎn)品概述

　　AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV,、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備,。它由智能測控單元,，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元,，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成,。可替代常規(guī)由熔絲,、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器,、熱繼電器、低壓電力電容器,、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置,。具有體積更小，功耗更低,，維護(hù)方便,，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn),，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

　　AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器,，可顯示三相母線電壓、三相母線電流,、三相功率因數(shù),、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài),、有功功率,、無功功率、諧波電壓總畸變率,、電容器溫度等,。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動(dòng)尋找投入（切除）點(diǎn),，實(shí)現(xiàn)過零投切,，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù),、過諧保護(hù),、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

　　4.2產(chǎn)品選型

　　AZC系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實(shí)物展示

5結(jié)束語

　　通過上述分析,，采用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)男б媸遣谎远鞯?。單從費(fèi)用上說，動(dòng)力部新上電容器組投資近兩百萬元,，預(yù)計(jì)不到五年就能收回全部投資,，如果考慮到電力部門獎(jiǎng)勵(lì)的可能,，將會(huì)更短。通過對新上電容器組對無功負(fù)荷的較好補(bǔ)償,不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,而且可以降低網(wǎng)損,取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益,，使電能質(zhì)量,、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合在一起，使我廠35KV主網(wǎng)電氣系統(tǒng)的潛能得以充分發(fā)揮,。由此可見,，這個(gè)項(xiàng)目對企業(yè)的挖潛提效工作是有益的。

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