謝子騫

（廣東省粵電集團(tuán)有限公司沙角C電廠，廣東東莞523936）

0 引言

在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，節(jié)能減排越來(lái)越成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，科學(xué)和有效的方法是關(guān)鍵。在發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，其燃料廠用電系統(tǒng)表現(xiàn)出了無(wú)功功率變化非常頻繁的現(xiàn)象，而無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠顯著地提高功率因數(shù)，有效解決燃料廠用電無(wú)功功率高等問(wèn)題。下文就以零過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在發(fā)電廠燃料碼頭變壓器的應(yīng)用為例，對(duì)其進(jìn)行分析和探討。

1 無(wú)功補(bǔ)償原理概述

三相三線系統(tǒng)的功率公式如下：

其中，φ為功率因數(shù)角，它是電壓U和對(duì)應(yīng)電流I的相位角。當(dāng)有功功率P和電壓U不變時(shí)，電流I與功率因數(shù)cosφ成反比，而線路的損耗與電流的平方成正比，因此提高功率因數(shù)對(duì)降低線路損耗有很大的幫助。

另一方面，視在功率的公式為：

S2=P2+Q2

其中，Q為系統(tǒng)中電源需要提供給感性負(fù)荷的無(wú)功功率，Qc為加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置后補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，則加裝后電源需要提供的無(wú)功功率為Q1=Q-Qc，功率因數(shù)從cosφ提升到cosφ1，視在功率就由S減少到S1，電能的利用效率顯著提高。

2 零過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)特點(diǎn)

零過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理是，與電網(wǎng)視為一個(gè)有機(jī)的整體，以二相開(kāi)關(guān)控制三相電路的大功率電力電子開(kāi)關(guān)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，ARM嵌入式系統(tǒng)為控制單元，通過(guò)收集系統(tǒng)和無(wú)功補(bǔ)償裝置的電信息和零過(guò)渡條件，自動(dòng)跟蹤、分析系統(tǒng)和無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行狀態(tài)，以系統(tǒng)的無(wú)功功率實(shí)際變化，確定投切電容器組的組數(shù)，根據(jù)電磁能量守恒原理，在電容器無(wú)需放電的情況下，選擇在系統(tǒng)零過(guò)渡過(guò)程時(shí)刻動(dòng)態(tài)投切電容器組，使電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電流和電壓的非周期衰減分量接近零，從而實(shí)現(xiàn)零過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。該裝置的技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）安全性：零過(guò)渡過(guò)程時(shí)刻動(dòng)態(tài)投切電容器組，有效避免了投切電容器組時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓、過(guò)電流等問(wèn)題，既延長(zhǎng)了無(wú)功補(bǔ)償裝置的壽命，使其能達(dá)到3～4倍，又使系統(tǒng)其他設(shè)備壽命、效率提高。

（2）環(huán)保性：工作過(guò)程中，無(wú)功補(bǔ)償裝置自身不產(chǎn)生諧波、投切振蕩或涌流，不引起電壓波形畸變，反而對(duì)抗諧波并吸收部分諧波、抑制沖擊負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)有明顯效果，對(duì)提高電壓質(zhì)量能起到有效作用。

（3）動(dòng)態(tài)性：電容器組投切過(guò)程中不需要電阻放電，這使其投切間隔響應(yīng)速度比現(xiàn)行的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提高3000倍以上，可快速、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償沖擊負(fù)荷，對(duì)抑制電壓劇烈波動(dòng)，改善電壓質(zhì)量起到有效作用，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量的提高。

（4）經(jīng)濟(jì)性：該裝置通過(guò)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償使高瞬間功率因數(shù)保持在0.98以上，從而使供用電裝置的出力加大、壽命延長(zhǎng)、產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量提高，在給企業(yè)帶來(lái)直接可觀經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也間接帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益。

3 零過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在電廠燃料碼頭的應(yīng)用實(shí)例

沙角C電廠燃料輸煤碼頭低壓廠用配電系統(tǒng)由燃料碼頭10/0.4kV變壓器提供，該變壓器是由ALSTHOM公司生產(chǎn)的CASTRESINCR86624系列產(chǎn)品，容量1000kVA，其主要的負(fù)荷有兩臺(tái)132kW的皮帶電機(jī)、除鐵器、照明及值班室用電等等。無(wú)功補(bǔ)償裝置接線圖如圖1所示。

圖1 無(wú)功補(bǔ)償裝置接線圖

此次項(xiàng)目于2016年12月開(kāi)始，在燃料碼頭變低壓側(cè)安裝了容量為450kvar的零過(guò)渡動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，安裝后設(shè)備調(diào)試正常，在來(lái)年的1月份正式投入運(yùn)行。為了檢測(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置實(shí)際使用的節(jié)能效果，在現(xiàn)場(chǎng)碼頭變負(fù)荷高峰期間，廠家協(xié)同項(xiàng)目經(jīng)理使用“HIOKI3196電能質(zhì)量分析儀”采集了零過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，其主要電能質(zhì)量及能效對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 380V碼頭變壓器設(shè)備投運(yùn)前后電能質(zhì)量及能效對(duì)比數(shù)據(jù)

表1中，降損率的計(jì)算方法采用電流對(duì)比法，即：通過(guò)計(jì)量降損措施實(shí)施前和實(shí)施后的兩種狀態(tài)，在同一負(fù)荷、同一時(shí)間、同一條件下輸出的總電流所產(chǎn)生的有功功率損耗之差與降損措施實(shí)施前的有功功率損耗之比計(jì)算降損率，并通過(guò)測(cè)出大、中、小三種負(fù)荷狀態(tài)的降損率取平均值，此值為平均降損率。計(jì)算公式為式（1）：

式中，I1i為降損措施實(shí)施前的總電流；I2i為降損措施實(shí)施后的總電流；ΔP為降損率。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）節(jié)能降耗作用顯著：設(shè)備投運(yùn)后380V碼頭變壓器電力需求（視在功率）從198kVA下降至135kVA。

（2）電能利用效率顯著提高：設(shè)備投運(yùn)前后380V碼頭變壓器功率因數(shù)從0.69提高到0.99，達(dá)到了國(guó)務(wù)院〔2008〕23號(hào)文《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)油節(jié)電工作的通知》中有關(guān)功率因數(shù)在0.95以上的要求，電能利用效率提高30%。

（3）電壓質(zhì)量改善、電氣設(shè)備工作效率提高：設(shè)備投運(yùn)后380V碼頭變壓器啟動(dòng)瞬間最低工作電壓從382V提高至389V，運(yùn)行期間平均工作電壓從412V提高至416V，改善了由于啟動(dòng)瞬間電壓過(guò)低造成的電機(jī)啟動(dòng)困難以及負(fù)荷末端工作電壓偏低的問(wèn)題。

（4）電流顯著下降、降損明顯：設(shè)備投入后380V碼頭變壓器系統(tǒng)電流從277A下降至183A，降損率56%。

（5）電能質(zhì)量改善、電氣設(shè)備可靠性提高：補(bǔ)償裝置投入后380V碼頭變壓器平均功率因數(shù)為0.99，電壓不平衡率為0.48%，電壓波動(dòng)率為0.97%，電壓諧波總畸變率U-THD%為0.79%，達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)的同時(shí)，間接對(duì)電氣設(shè)備起到了保護(hù)作用，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供了保障。

4 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中，大量的無(wú)功功率會(huì)造成電能損耗，過(guò)度的電能損耗不利于提高電廠經(jīng)營(yíng)水平，尤其是在當(dāng)下電力產(chǎn)能過(guò)剩、形勢(shì)日漸下行的大趨勢(shì)下。采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)可通過(guò)有效提高功率因數(shù)來(lái)降低電氣設(shè)備的電能損耗，同時(shí)還可一定程度上提高電能質(zhì)量，降低設(shè)備故障率，延長(zhǎng)電機(jī)等設(shè)備的壽命，這對(duì)發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益的提高有著良好的促進(jìn)作用。

［參考文獻(xiàn)］

[1]曹晉利.節(jié)能無(wú)功補(bǔ)償裝置在電廠循環(huán)水泵電機(jī)上的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2003，13（5）：86-87.

[2]陳妍妍，李曉明.零過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償與節(jié)能減排[J].廣西輕工業(yè)，2009（7）：33-35.

[3]賈建軍.無(wú)功補(bǔ)償節(jié)電原理及其在煤礦中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2016（12）：172-173.

[4]孔祥志.無(wú)功補(bǔ)償在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中應(yīng)用的研究[J].科技與企業(yè)，2014（13）：398.