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        橋梁工程施工用電功率因數(shù)的提高方法

        2012-11-07 07:45:04王紅民
        河南科技 2012年24期
        關(guān)鍵詞:功率因數(shù)電容器并聯(lián)

        王紅民

        (中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司,河南 鄭州 450053)

        1 概述

        在橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng),異步電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、變壓器等感性電氣設(shè)備較多,大量的電力負(fù)荷是感性負(fù)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(yùn)行條件惡化,因此,提高功率因數(shù)是非常必要的。

        2 功率因數(shù)簡(jiǎn)介

        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(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等,它們都是靠建立交變磁場(chǎng)進(jìn)行能量交換和傳遞的。為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率成為無(wú)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(wú)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(cuò)誤!未找到引用源。,即為功率因數(shù)。

        計(jì)算公式:錯(cuò)誤!未找到引用源。,錯(cuò)誤!未找到引用源。

        (S:視在功率,Q:無(wú)功功率)

        圖一

        功率因數(shù)(錯(cuò)誤!未找到引用源。)越大,有功功率越大,而無(wú)功功率就越小,對(duì)電源的利用程度越高。同樣電路中電力的輸送能力也越高,線路的損耗也就越小(線路的電能損耗與功率因數(shù)的平方成反比)。

        3 提高功率因數(shù)的意義

        提高功率因數(shù)對(duì)用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(fèi)開(kāi)支;

        3.3 提高用電質(zhì)量,改善設(shè)備運(yùn)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(yíng)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(shí)際功率因數(shù)低于0.85,就按當(dāng)月電費(fèi)總和的百分比進(jìn)行懲罰;如高于0.9,則有一定百分比的獎(jiǎng)勵(lì)(0.85~0.9 之間不獎(jiǎng)不懲)。

        4 提高功率因數(shù)的方法

        4.1 提高自然功率因數(shù):

        據(jù)統(tǒng)計(jì),企業(yè)無(wú)功功率消耗,一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)容量,減少電動(dòng)機(jī)無(wú)功消耗,防止“大馬拉小車(chē)”。運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷一般要求達(dá)到額定容量的 70%以上,才是經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于平均負(fù)荷小于其額定容量40%的電動(dòng)機(jī),更換小容量的電動(dòng)機(jī),或?qū)⒕€圈改為三角形接法(或自動(dòng)轉(zhuǎn)換)。

        4.1.2 避免電機(jī)或設(shè)備空載運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí),

        4.1.3 提高電動(dòng)機(jī)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(fù)荷率(一般75%—80%較合適)。負(fù)荷率越低,功率因數(shù)越低,對(duì)于平均負(fù)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(fù)荷,提高用電負(fù)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(bǔ)償:在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器,用并聯(lián)電容器的無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償感性負(fù)載的無(wú)功功率,從而減少甚至消除負(fù)載與電源之間原有的能量交換。其優(yōu)點(diǎn)具有投資少,有功功率損耗小,運(yùn)行維護(hù)方便,故障范圍小等,很適合在施工現(xiàn)場(chǎng)使用。

        并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算公式[3]:

        式中:錯(cuò)誤!未找到引用源?!枰a(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量,Kvar;

        錯(cuò)誤!未找到引用源?!秒娫O(shè)備的平均有功功率,kW;

        錯(cuò)誤!未找到引用源。、錯(cuò)誤!未找到引用源?!獮檠a(bǔ)償前、后計(jì)算負(fù)荷功率因數(shù)角的正切值。

        并聯(lián)電容器的補(bǔ)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(bǔ)償:把電容器組集中安裝在變電所(施工現(xiàn)場(chǎng)一般是箱式變電站)的一次或二次側(cè)的母線上(當(dāng)無(wú)高壓設(shè)備時(shí)不得在一次側(cè)裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償裝置[4])。如圖二中C1部分(新購(gòu)的箱變一般都帶有補(bǔ)償裝置,如沒(méi)有要提出安裝補(bǔ)償裝置的要求)。

        4.2.2 分組補(bǔ)償:把并聯(lián)電容器安裝在施工現(xiàn)場(chǎng)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(bǔ)償:對(duì)于容量較大,經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)的低壓用電設(shè)備,采用低壓并聯(lián)電容器對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。如圖二中C3 部分。在施工現(xiàn)場(chǎng),電容器安裝于功率較大的異步電動(dòng)機(jī)旁,并同電動(dòng)機(jī)共用一個(gè)開(kāi)關(guān)。電動(dòng)機(jī)采用無(wú)功功率就地補(bǔ)償技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)[1],可以節(jié)約有功電量8%~15%,節(jié)約無(wú)功功率50%~80%;還能夠減少線路輸送電流15%~30%,達(dá)到進(jìn)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(bǔ)償也要防止過(guò)補(bǔ)和欠補(bǔ),應(yīng)隨負(fù)荷或電壓的變動(dòng)進(jìn)行投切,投切方式有手動(dòng)投切和自動(dòng)投切補(bǔ)償,因施工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷變動(dòng)比較頻繁,且為防止過(guò)補(bǔ)償,應(yīng)選擇自動(dòng)投切方式。

        4.3 同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償:當(dāng)條件適當(dāng)時(shí),可利用同步電動(dòng)機(jī)過(guò)勵(lì)磁超前運(yùn)行,以補(bǔ)償系統(tǒng)的感性無(wú)功功率,但由于同步電動(dòng)機(jī)價(jià)格較貴,控制設(shè)備復(fù)雜,施工現(xiàn)場(chǎng)很少使用,所以在此不做詳細(xì)探討。

        5 橋梁工程施工用電提高功率因數(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題

        5.1 橋梁工程與其他工程施工相比有去自身的特點(diǎn):其施工前期為鉆孔樁施工階段,鉆孔樁施工期間一般同時(shí)運(yùn)作較多數(shù)量的鉆機(jī)和電焊機(jī)(加工鋼筋籠等),鉆機(jī)多由異步電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,所以是橋梁施工用電負(fù)荷中最大的時(shí)期;鉆孔樁施工結(jié)束后,用電負(fù)荷會(huì)大幅減少;主體工程完工以后進(jìn)入收尾階段,基本沒(méi)有大的用電負(fù)荷,因此要根據(jù)用電負(fù)荷及時(shí)調(diào)整更換變壓器,減少低負(fù)荷運(yùn)行和避免空載運(yùn)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(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置本身會(huì)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(yùn)行時(shí),也必須與電容器串聯(lián)一個(gè)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(jì)算[3]。式中:Kc 為補(bǔ)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(chǔ)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(wú)論有那種放電裝置,都必須人工放電后開(kāi)始檢修。

        5.4 選用電容器時(shí)應(yīng)提出訂貨的特殊要求,要求電容器標(biāo)稱(chēng)電壓比原來(lái)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(shí)也簡(jiǎn)化了電容器的保護(hù),減少了電容器的事故率。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        近年來(lái)國(guó)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(xiàng)重要措施。通過(guò)無(wú)功補(bǔ)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(yùn)行都是很顯著的。確定無(wú)功功率的補(bǔ)償容量,確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠,達(dá)到節(jié)約電能的目的。

        [1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》(上冊(cè)),治金工業(yè)出版社

        [2]《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版,中國(guó)電力出版社

        [3]《電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)》 第3 版,機(jī)械工業(yè)出版社

        [4] GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》

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