常建輝，靳 華

（獨山子天利實業(yè)總公司，新疆 克拉瑪依 833600）

一、前言

企業(yè)做好節(jié)電降耗工作意義重大，只有電力得到了有效利用和效率轉(zhuǎn)換，才能節(jié)約電能。這就需要強化供配電管理，力求輸入輸出能耗降到最小，充分發(fā)揮發(fā)、供、配電系統(tǒng)能力，提高能源開發(fā)、轉(zhuǎn)換、利用效率，調(diào)動各種積極性，使節(jié)電工作落到實處、取得實效。

二、電力無功補償意義重大

1.現(xiàn)實情況

目前許多企業(yè)供電系統(tǒng)的無功功率補償，主要采取在總變壓站進行高壓集中補償方式。在各分廠變電站和用戶端，輕視無功補償，功率因數(shù)普遍較低。

2.電力無功的產(chǎn)生

一般工廠主要用電設(shè)備是變壓器和交流異步電動機等，這些設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，需建立交變磁場才能進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，而同時這些設(shè)備還需要電網(wǎng)供給電感性的磁化電流。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率。在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ，其計算公式為：cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2。在電力網(wǎng)的運行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，因此，功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率應(yīng)降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。無功電流通過輸配電設(shè)備時將增加電能消耗和電壓降。可見設(shè)法平衡無功功率消耗，就可以使視在功率S趨于有功功率P，提高電利用率。

3. 電力無功補償?shù)臐摿?/h3>

企業(yè)分廠級變電站和用戶端實際功率因數(shù)較低，會使大量無功環(huán)流在企業(yè)內(nèi)部循環(huán)，這將使變壓器和供電線路電流增大，有功損耗增加、末端供電質(zhì)量下降。當(dāng)導(dǎo)致電壓嚴(yán)重降低波形畸變時，會造成電器設(shè)備誤動作及設(shè)備損壞。電壓降低還會使電動機轉(zhuǎn)矩顯著下降。大量感性負(fù)載還會造成電網(wǎng)供電能力下降。工廠中電力無功主要耗用設(shè)備是電動機和變壓器。其中異步電動機消耗的無功總耗一般占全廠無功總耗的60%以上，變壓器則占20%以上，據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)功率因數(shù)cosφ由0.7提高到0.9后，電能總消耗將由8%降低到5%，即可以節(jié)約總電量的3%。分廠、車間級變電站實際功率因數(shù)較低，還會使變壓器的供電能力下降。 如：1臺變壓器的額定容量Se為2 000kVA，當(dāng)功率因數(shù)cosφ為0.6時，變壓器的供電能力Pe=Se×cosφ=下。當(dāng)導(dǎo)×0.6=1 200kVA；當(dāng)采取補償措施使cosφ為0.9時，變壓器的供電能力Pe可提高到1 800kVA。同理，當(dāng)用電功率一定時，cosφ提高可使選用變壓器的額定容量減小；電動機運行功率因數(shù)由0.7補償?shù)焦β室驍?shù)為0.9時，需電網(wǎng)提高的供用電能力也將減小達20%。

4. 企業(yè)提高功率因數(shù)的途徑

(1)利用移相電容器產(chǎn)生超前電網(wǎng)電壓90°容性電流特性，與電動機、變壓器產(chǎn)生滯后電網(wǎng)電壓90°感性電流相抵消(補償)作用，在用戶線路上分別適當(dāng)并聯(lián)移相電容器，可使前端電網(wǎng)上的無功電流大大降低。即原則上無功消耗應(yīng)從源頭補償，移相電容器作為一種補償設(shè)備，宜安裝在靠近用電設(shè)備的分廠、車間變電所低壓母線側(cè)。對于容量較大、運行穩(wěn)定的異步電動機應(yīng)采用就地安裝無功補償裝置方法。而各總變電站宜適量補充高壓集中補償裝置，用以調(diào)整供電入口處的功率因數(shù)達到電力部門規(guī)定要求。

(2)為適應(yīng)工廠生產(chǎn)過程中負(fù)荷的變化，分廠、車間變電所低壓母線側(cè)安裝的移相電容器，應(yīng)分成若干組并采用自動控制投切方式，以保證全廠的功率因數(shù)在各種工作狀況下都能保持較高數(shù)值。

(3)根據(jù)生產(chǎn)使用要求選擇和調(diào)整最適宜的設(shè)備和最合理的容量，使變壓器和電動機在經(jīng)濟狀態(tài)下運行，避免大馬拉小車和設(shè)備長期空載運行，提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)。這樣可相應(yīng)減少無功補償設(shè)備容量投入，降低無功補償設(shè)備投資。

(4)利用同步電動機在一定條件下許可向電網(wǎng)輸出無功，起到無功補償作用特點，對不要求調(diào)速的較大型機械在作經(jīng)濟比較后，優(yōu)先采用同步電動機。

(5)無功補償容量的合理選擇。

當(dāng)無功補償容量達到完全補償時，此時cosφ=1，節(jié)電效果最大。但此時易發(fā)生過補償，反而會使節(jié)電效果降低。通過計算可以得到，當(dāng)所選無功補償容量為完全補償容量的70%時，節(jié)電效果仍可達到最大節(jié)電效果的91%，此時cosφ≈0.95。這樣即可減少30%無功補償容量的投資，又能達到較好的節(jié)電效果。所以功率因數(shù)值選擇0.9～0.95最適宜。

(6)無功補償裝置產(chǎn)生的作用與效益。

供配電網(wǎng)絡(luò)電感性負(fù)載的無功補償，原則上從源頭來解決，是科學(xué)和高效的方法，在發(fā)達國已經(jīng)被普遍接受。但我國還不能有效應(yīng)用，主要原因是利益區(qū)分模糊所至。為了解無功補償裝置的投資回收期長短，引入無功經(jīng)濟當(dāng)量概念：在電力網(wǎng)上的某一點采用無功補償裝置來提高功率因數(shù)，可使有功功率損耗減少，其節(jié)電效果的大小，用無功經(jīng)濟當(dāng)量K來衡量。即：K=DP/DQ(kW/kvar)，經(jīng)過計算投入無功補償裝置的位置不同，其無功經(jīng)濟當(dāng)量K值不同。工廠企業(yè)變電所到用電設(shè)備無功經(jīng)濟當(dāng)量K值通常在0.02～0.15kW/kvar。由發(fā)電廠220kV或110kV直接供電的企業(yè)變電所K=0.02～0.04；經(jīng)過二級變電供電的企業(yè)變電所K=0.05～0.07；經(jīng)過三級變電供電的企業(yè)變電所K=0.08～0.1；用電設(shè)備端的K值在0.1～0.15kW/kvar之間。所以補償越接近用電端節(jié)電效果越顯著。 例如：制品廠2#變壓器安裝就地補償裝置，經(jīng)電平衡測試計算得到數(shù)據(jù)如表1所示。

表1

補償后效益十分可觀，可從以下幾點進行分析。

補償后電流下降100A、電壓升高10V、無功功率減少132kvar 、功率因數(shù)提高到了0.95、電機出力增加8kW、根據(jù)無功經(jīng)濟當(dāng)量來計算節(jié)電，取無功經(jīng)濟當(dāng)量K值為0.1。該變壓器年運行8 760h，年節(jié)電量為132×0.1×降00A=115 632kW·h。如果按工業(yè)電費0.36元/kW·h計算，年節(jié)電費用節(jié)電用41元。

由于電流下降，功率因數(shù)提高，可以提高變壓器帶負(fù)荷能力。

由于電流下降，還可延緩用電設(shè)備的使用壽命，節(jié)約維修費用。

(7)企業(yè)提高功率因數(shù)的意義。

從當(dāng)前現(xiàn)實來看，一方面電力供應(yīng)不足，另一方面發(fā)電廠的電力又未能充分利用，提高企業(yè)功率因數(shù)可以做到從源頭減少無功消耗，使功率因數(shù)達到國家規(guī)定的數(shù)值，工廠在消耗同容量有功功率P值時，使所需要的視在功率S顯著下降，充分發(fā)揮現(xiàn)有的供電設(shè)備能力。其次可減少電能在輸送和利用過程中的損耗，提高企業(yè)的供電質(zhì)量，有利于提高生產(chǎn)效率；同時為企業(yè)帶來顯著節(jié)電效益，減少企業(yè)的兩部電費支出。

三、變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電技術(shù)

1. 變壓器經(jīng)濟運行概述

變壓器經(jīng)濟運行是通過優(yōu)化理論、定量化計算與變壓器實際運行工作狀況相結(jié)合的一項應(yīng)用技術(shù)。通過檢測、計算擇優(yōu)選取變壓器最佳運行方式、運行最佳組合以及負(fù)載調(diào)整的優(yōu)化、改善變壓器運行條件等技術(shù)措施，達到充分發(fā)揮變壓器效能，最大限度地降低變壓器的電能損耗和提高電源側(cè)的功率因數(shù)。該項技術(shù)很少投資，是向智能挖潛、向管理挖潛、實施內(nèi)涵節(jié)電的綜合技術(shù)。廣義上講企業(yè)從受電到用電需要2～5次變壓過程，電能損耗占總用電量3%～8%左右。企業(yè)應(yīng)對在線變壓器運行情況進行診治，實施變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電技術(shù)，降低電能損耗。尤其在改擴建、設(shè)備檢修時，更應(yīng)列入該項技術(shù)同步進行。

2. 變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電技術(shù)基本內(nèi)容

(1)有備用變壓器的變電所，選擇技術(shù)特性好的變壓器運行。技術(shù)特性差的變壓器備用。

(2)并列運行的變壓器應(yīng)優(yōu)選最佳組合經(jīng)濟運行。

(3)按變電所負(fù)載變化規(guī)律，選擇變壓器運行臺數(shù)經(jīng)濟運行。

(4)負(fù)載波動大常年運行的變壓器，可增設(shè)小容量的變壓器作為調(diào)節(jié)；或配置兩臺不等容量的變壓器分列運行。

(5)相鄰分列運行的變壓器輕載時，可選擇共用的運行方式。

(6)設(shè)計選配、淘汰更新時，要確定變壓器經(jīng)濟運行方式和經(jīng)濟運行區(qū)。

(7)調(diào)整負(fù)載，避峰填谷，實現(xiàn)變壓器經(jīng)濟運行。

(8)改善外部條件實現(xiàn)變壓器經(jīng)濟運行，包括提高變壓器負(fù)載側(cè)功率因數(shù)；降低運行溫度、避免變壓器超負(fù)荷運行。

(9)調(diào)整變電所之間的變壓器，改善特性達到經(jīng)濟運行。

(10)調(diào)整變電所之間的負(fù)載，合理再分配達到經(jīng)濟運行。

(11)對需多級降壓的變配電所，優(yōu)先選擇大變比的變壓器或三線圈變壓器。

3. 變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電管理基本內(nèi)容

變壓器經(jīng)濟運行是通過充分發(fā)揮變壓器效能、擇優(yōu)選取變壓器最佳運行區(qū)、運行最佳組合以及負(fù)載調(diào)整的優(yōu)化，達到最大限度地降低變壓器自身的電能損耗，是一項內(nèi)涵節(jié)電的綜合技術(shù)，主要是向管理挖潛，通過加強科學(xué)技術(shù)管理，實施變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電。企業(yè)供、配電系統(tǒng)是一個綜合網(wǎng)絡(luò)工程，各級變配電所多、變壓器數(shù)量多、容量大、系統(tǒng)運行復(fù)雜。實施變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電技術(shù)，應(yīng)由技術(shù)權(quán)威部門牽頭，充實人力物力，組織分廠、車間齊抓并管，完善以下考核管理辦法。

(1)明確管理機構(gòu)，建立考核制度。

(2)確定全面開展變壓器經(jīng)濟運行的方案。

(3)對在線變壓器運行情況進行檢測計算，建立檔案。

(4)由系統(tǒng)受電的變壓器的電源側(cè)，均應(yīng)裝設(shè)有功電度表、無功電度表、功率因數(shù)表等測量儀表。

(5)組織對變壓器進行經(jīng)濟運行調(diào)整。

(6)各變電所要標(biāo)明變壓器經(jīng)濟運行方式和運行區(qū)域圖表。

(7)各變電所要建立變壓器經(jīng)濟運行技術(shù)檔案和運行紀(jì)錄。

(8)各運行單位每半年進行一次經(jīng)濟運行分析，并將結(jié)果存檔。

(9)當(dāng)用電量發(fā)生大的變化、變壓器臺數(shù)、容量發(fā)生變化時，應(yīng)重新校驗變壓器經(jīng)濟運行數(shù)據(jù)。

(10)各變電所要每月計算變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電效益。

(11)考核全年經(jīng)濟運行時間不得少于全部運行時間的80%。

四、其他管理

第一，應(yīng)避免設(shè)備空載運行，以節(jié)約電能和減少設(shè)備磨損。

第二，應(yīng)選擇匹配的電機，避免大馬拉小車現(xiàn)象，同時減少大量的電能損耗。

第三，加強照明管理，避免常明燈現(xiàn)象，以節(jié)省電能。