丁紅軍

摘要:對廣大供電企業(yè)來說,用戶功率因數(shù)的高低,直接關(guān)系到電力網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗,關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動,而且關(guān)系到節(jié)約用電和整個(gè)供電區(qū)域的供電質(zhì)量,這是眾所周知的道理。文中簡要集中探討了影響電網(wǎng)功率因數(shù)的主要因素以及低壓無功補(bǔ)償?shù)膸追N使用方法,以及確定無功補(bǔ)償容量從而提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一般方法。

關(guān)鍵詞:功率因數(shù);影響因素;補(bǔ)償方法;容量確定

用戶功率因數(shù)的高低,對于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用,有著顯著的影響。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù),不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量,而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此,對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現(xiàn)階段全國性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說,若能有效的搞好低壓補(bǔ)償,不但可以減輕上一級電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?改善提高用戶功率因數(shù),而且能夠有效地降低電能損失,減少用戶電費(fèi)。其社會效益及經(jīng)濟(jì)效益都會是非常顯著的。

1 影響功率因數(shù)的主要因素

1.1 電感性設(shè)備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

大量的電感性設(shè)備,如異步電動機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì),在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中,異步電動機(jī)的無功消耗占了60%～70%;而在異步電動機(jī)空載時(shí)所消耗的無功又占到電動機(jī)總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%,它的空載無功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù),變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大影響

當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí),由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí),一般無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí),無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以,應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

1.3 電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電動機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

綜上所述,我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素,因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法,使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡,達(dá)到降損節(jié)能的效果。

2 低壓網(wǎng)的無功補(bǔ)償

2.1 低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/p>

低壓無功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種:隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償和跟蹤補(bǔ)償。下面簡單介紹這三種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1.1 隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接,它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動機(jī))的無功消耗,以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主。此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。

隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是:用電設(shè)備運(yùn)行時(shí),無功補(bǔ)償投入,用電設(shè)備停運(yùn)時(shí),補(bǔ)償設(shè)備也退出,不會造成無功倒送,而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器二次側(cè),以無功補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功,配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分,對于輕負(fù)載的配變而言,這部分損耗占供電量的比例很大,從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加,不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價(jià)。

隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn):接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功,限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷,使該部分無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低無功網(wǎng)損,具有較高的經(jīng)濟(jì)性,是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。

2.1.3 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置,將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4KV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100KVA以上的專用配電用戶,可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式,補(bǔ)償效果好。

跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活,運(yùn)行維護(hù)工作量小,比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

2.2 采用適當(dāng)措施,設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資,僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率,這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施做一些簡要的介紹。

2.2.1 合理選用電動機(jī)

合理選擇電動機(jī),使其盡可能在高負(fù)荷率狀態(tài)下運(yùn)行。在選擇電動機(jī)時(shí),既要注意它們的機(jī)械特性,又要考慮它們的電氣指標(biāo)。舉例說,三相異步電動機(jī)(100KW)在空載時(shí)功率因數(shù)僅為0.11,1/2負(fù)載時(shí)約為0.72,而滿負(fù)載時(shí)可達(dá)0.86。所以核算負(fù)荷小于40%的感應(yīng)電動機(jī),應(yīng)換以較小容量的電動機(jī),并合理安排和調(diào)整工藝流程,改善運(yùn)行方式,限制空載運(yùn)轉(zhuǎn)。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā),必須正確合理的選擇電動機(jī)的容量。

2.2.2 提高異步電動機(jī)的檢修質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)表明,異步電動機(jī)定子繞組匝數(shù)變動和電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動是對異步電動機(jī)無功功率的大小有很大影響。因此檢修時(shí)要特別注意不使電動機(jī)的氣隙增大,以免使功率因數(shù)降低。

2.2.3 采用同步電動機(jī)或異步電動機(jī)同步運(yùn)行補(bǔ)償

由電機(jī)原理可知,同步電動機(jī)消耗的有功功率取決于電動機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小,而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小,在欠激狀態(tài)時(shí),定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功,在過激狀態(tài)時(shí),定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此,只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流,使其處于過激狀態(tài),就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無功功率,減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率,從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流,使其呈同步電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài),這就是“異步電動機(jī)同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流,使其呈過激狀態(tài),即可以向電網(wǎng)輸出無功,從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

2.2.4 正確選擇變壓器容量提高運(yùn)行效益

對于負(fù)載率比較低的變壓器,一般采取“撤、換、并、?！钡确椒?使其負(fù)載率提高到最佳值,從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。如:對平均負(fù)荷小于30%的變壓器宜從電網(wǎng)上斷開,通過聯(lián)絡(luò)線提高負(fù)荷率。

通過以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述,或許我們已經(jīng)對“功率因數(shù)”這個(gè)簡單的電力術(shù)語有了更深的了解和認(rèn)識。知道了功率因數(shù)的提高對電力企業(yè)的深遠(yuǎn)影響,下面我們將簡單介紹對用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞胶蛯ρa(bǔ)償容量的確定方法。

據(jù)有關(guān)資料介紹,某地綜合樓是集商場、銀行、辦公、車庫、賓館為一體的一類高層建筑,總建筑面積3.2萬m2。主要用電設(shè)備有空調(diào)機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)及照明燈具等,其中照明燈具均為單相負(fù)荷,功率因數(shù)在0.45～0.75之間。低壓有功計(jì)算負(fù)荷2815KW,其中,照明用電有功負(fù)荷1086.5KW,其它負(fù)荷基本為空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等三相負(fù)荷。補(bǔ)償前無功功率31872Kvar,若整體功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.92,需補(bǔ)償1982Kvar,補(bǔ)償后無功功率1200Kvar。原設(shè)計(jì)采用低壓配電室并聯(lián)電容器組三相集中自動補(bǔ)償,工程竣工投入使用后,經(jīng)常出現(xiàn)儀器、燈具等用電設(shè)備燒壞或不能正常使用等情況,影響正常經(jīng)營和工作。經(jīng)現(xiàn)場測試,發(fā)現(xiàn)低壓饋線回路三相負(fù)荷不平衡,差距很大,電流差異大,最大相電流差為900A;檢測母線電壓,三相母線電壓有的高達(dá)260V,有的低到190V。通過分析是三相電容自動補(bǔ)償造成的結(jié)果。

對于三相不平衡及單相配電系統(tǒng)采用分相電容自動補(bǔ)償是解決上述問題的一種較好的辦法,其原理是通過調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的每一相,根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償,對其它相不產(chǎn)生相互影響,故不會產(chǎn)生欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償?shù)那闆r。

結(jié)束語

文中淺談了功率因數(shù)對廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,介紹了影響功率因數(shù)的主要因素以及提高功率因數(shù)的一般方法,還闡述了如何確定無功功率的補(bǔ)償容量及無功功率的三種人工補(bǔ)償?shù)木唧w方式。