王紅民
(中鐵大橋局集團第一工程有限公司,河南 鄭州 450053)
在橋梁工程施工現(xiàn)場,異步電動機、電焊機、變壓器等感性電氣設(shè)備較多,大量的電力負荷是感性負荷,致使自然功率因數(shù)比較低,如不采取措施提高功率因數(shù),將造成不良影響:降低了變電、輸電設(shè)施的供電能力;使線路電力損耗增加;功率因數(shù)越低,線路的電壓降越大,使得用電設(shè)備的運行條件惡化,因此,提高功率因數(shù)是非常必要的。
大多用電設(shè)備都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,如配電變壓器、電動機、電焊機等,它們都是靠建立交變磁場進行能量交換和傳遞的。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率成為無功功率(單位為乏,Var),因此在供電系統(tǒng)中除了需要有功功率外,還需要無功功率。
在功率三角形(圖一)中,有功功率P 與視在功率S的比值錯誤!未找到引用源。,即為功率因數(shù)。
計算公式:錯誤!未找到引用源。,錯誤!未找到引用源。
(S:視在功率,Q:無功功率)
圖一
功率因數(shù)(錯誤!未找到引用源。)越大,有功功率越大,而無功功率就越小,對電源的利用程度越高。同樣電路中電力的輸送能力也越高,線路的損耗也就越?。ň€路的電能損耗與功率因數(shù)的平方成反比)。
提高功率因數(shù)對用電設(shè)備的安全經(jīng)濟運行有著重要的意義[1]:
3.1 可以充分利用供電設(shè)備的容量,使同樣的供電設(shè)備為更多的設(shè)備供電;
3.2 節(jié)約電能,降低用電成本,減少電費開支;
3.3 提高用電質(zhì)量,改善設(shè)備運行條件,保證設(shè)備在正常條件下工作,有利于安全生產(chǎn)。
《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定:施工用電標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)為0.85,若實際功率因數(shù)低于0.85,就按當(dāng)月電費總和的百分比進行懲罰;如高于0.9,則有一定百分比的獎勵(0.85~0.9 之間不獎不懲)。
4.1 提高自然功率因數(shù):
據(jù)統(tǒng)計,企業(yè)無功功率消耗,一般感應(yīng)電動機占70%,變壓器占20%,線路占10%[2]??芍?,提高功率因數(shù)有下列幾種方法:
4.1.1 選擇合適的電動機容量,減少電動機無功消耗,防止“大馬拉小車”。運行電動機的負荷一般要求達到額定容量的 70%以上,才是經(jīng)濟的。對于平均負荷小于其額定容量40%的電動機,更換小容量的電動機,或?qū)⒕€圈改為三角形接法(或自動轉(zhuǎn)換)。
4.1.2 避免電機或設(shè)備空載運行。電動機空載運行時,
4.1.3 提高電動機的檢修質(zhì)量,防止間隙加大。
4.1.4 合理配置變壓器,提高變壓器負荷率(一般75%—80%較合適)。負荷率越低,功率因數(shù)越低,對于平均負荷率小于30%的變壓器,應(yīng)予更換。
4.1.5 調(diào)整生產(chǎn)班次,均衡用電負荷,提高用電負荷率。
4.1.6 改善電線布局,避免曲折迂回等。
4.2 并聯(lián)電容器補償:在感性負載上并聯(lián)電容器,用并聯(lián)電容器的無功功率來補償感性負載的無功功率,從而減少甚至消除負載與電源之間原有的能量交換。其優(yōu)點具有投資少,有功功率損耗小,運行維護方便,故障范圍小等,很適合在施工現(xiàn)場使用。
并聯(lián)電容器補償容量的計算公式[3]:
式中:錯誤!未找到引用源?!枰a償?shù)臒o功容量,Kvar;
錯誤!未找到引用源。——用電設(shè)備的平均有功功率,kW;
錯誤!未找到引用源。、錯誤!未找到引用源?!獮檠a償前、后計算負荷功率因數(shù)角的正切值。
并聯(lián)電容器的補償方式可分為如下三種:
圖二 并聯(lián)電容器安裝方式
4.2.1 集中補償:把電容器組集中安裝在變電所(施工現(xiàn)場一般是箱式變電站)的一次或二次側(cè)的母線上(當(dāng)無高壓設(shè)備時不得在一次側(cè)裝設(shè)并聯(lián)補償裝置[4])。如圖二中C1部分(新購的箱變一般都帶有補償裝置,如沒有要提出安裝補償裝置的要求)。
4.2.2 分組補償:把并聯(lián)電容器安裝在施工現(xiàn)場的配電箱的母線上。如圖二中C2 部分??蓽p少變壓器和低壓配電線路的電力損耗,提高變壓器的輸出功率。
4.2.3 就地補償:對于容量較大,經(jīng)常運轉(zhuǎn)的低壓用電設(shè)備,采用低壓并聯(lián)電容器對單臺設(shè)備進行補償。如圖二中C3 部分。在施工現(xiàn)場,電容器安裝于功率較大的異步電動機旁,并同電動機共用一個開關(guān)。電動機采用無功功率就地補償技術(shù)具有很多優(yōu)點[1],可以節(jié)約有功電量8%~15%,節(jié)約無功功率50%~80%;還能夠減少線路輸送電流15%~30%,達到進一步節(jié)約線路損耗和變壓器損耗的目的。
并聯(lián)電容器補償也要防止過補和欠補,應(yīng)隨負荷或電壓的變動進行投切,投切方式有手動投切和自動投切補償,因施工現(xiàn)場負荷變動比較頻繁,且為防止過補償,應(yīng)選擇自動投切方式。
4.3 同步電動機補償:當(dāng)條件適當(dāng)時,可利用同步電動機過勵磁超前運行,以補償系統(tǒng)的感性無功功率,但由于同步電動機價格較貴,控制設(shè)備復(fù)雜,施工現(xiàn)場很少使用,所以在此不做詳細探討。
5.1 橋梁工程與其他工程施工相比有去自身的特點:其施工前期為鉆孔樁施工階段,鉆孔樁施工期間一般同時運作較多數(shù)量的鉆機和電焊機(加工鋼筋籠等),鉆機多由異步電動機提供動力,所以是橋梁施工用電負荷中最大的時期;鉆孔樁施工結(jié)束后,用電負荷會大幅減少;主體工程完工以后進入收尾階段,基本沒有大的用電負荷,因此要根據(jù)用電負荷及時調(diào)整更換變壓器,減少低負荷運行和避免空載運行,以便提高自然功率因數(shù),減少損耗,節(jié)約電能。
5.2 如果無功補償?shù)难b置本身會產(chǎn)生諧波,或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有諧波源影響到電容器安全運行時,也必須與電容器串聯(lián)一個電抗器。其感抗值的選擇應(yīng)該在可能產(chǎn)生的任何諧波下,均使電容器的總電抗為感抗而不是容抗,從根本上消除產(chǎn)生諧波的可能。電抗器感抗值XL 可按式XL=KXc/n2計算[3]。式中:Kc 為補償電容器的工頻容抗,,Ω;K 為可靠系數(shù),一般取1.2~1.5n;n 為可能產(chǎn)生的最低諧波次數(shù),一般取n=5。
5.3 防止檢修電容器觸電。電容器儲存電荷雖經(jīng)放電裝置放電,但仍有可能存在殘存電荷,尤其是電容器內(nèi)部,因此無論有那種放電裝置,都必須人工放電后開始檢修。
5.4 選用電容器時應(yīng)提出訂貨的特殊要求,要求電容器標(biāo)稱電壓比原來提高10%,即高壓為6.9kV 或11.5kV,低壓為0.45kV,這樣做可以提高電容器的使用壽命,同時也簡化了電容器的保護,減少了電容器的事故率。
近年來國家在大力提倡節(jié)能減排,而提高用電設(shè)備的功率因數(shù),是節(jié)能工作的一項重要措施。通過無功補償技術(shù)提高用電的功率因數(shù),用電單位降低用電成本,提高用電設(shè)備的使用壽命及安全運行都是很顯著的。確定無功功率的補償容量,確保補償技術(shù)經(jīng)濟、合理、安全可靠,達到節(jié)約電能的目的。
[1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》(上冊),治金工業(yè)出版社
[2]《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》第三版,中國電力出版社
[3]《電氣傳動自動化技術(shù)手冊》 第3 版,機械工業(yè)出版社
[4] GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》