李強，付錦東，陸飛(陜西北元集團錦源化工有限公司，陜西 神木 719319)

1 無功補償裝置的工作原理

電網(wǎng)的功率輸出有兩種：一種是有功功率，通過電能的損耗進行熱能、動能、聲能等的能量轉(zhuǎn)換，也就是通過電能的消耗進行能量的轉(zhuǎn)換；另外一種則是無功功率，這種功率不進行電能的損耗，而是直接進行形式的轉(zhuǎn)變，但是這是電石爐進行工作的重要基礎。由于這一部分的能是在電網(wǎng)里和電能定期轉(zhuǎn)變的，所以稱這一部分的功率為無功功率。

無功補償?shù)墓ぷ髟碇饕菍⑷菪耘c感性功率負荷的兩種裝置在同一電路中進行并聯(lián)，實現(xiàn)兩種裝置之間的負荷交換。通過這種方式，感性負荷通過容性負荷的無功功率進行補償。通過無功補償裝置，能夠?qū)μ嵘娋W(wǎng)里有功功率的占比比率，降低發(fā)電以及供電設施的容量，減少資金投入，減少無功的消耗具有重要意義。

在最為接近負載的位置進行運轉(zhuǎn)所需的無功功率的補償，通過無功功率的供給，擴大系統(tǒng)的容量，提升電能使用效率，減少對變壓器的負載與壓力，降低對于變壓器以及電路的消耗，減少電量的浪費與損耗，對于提高電量使用質(zhì)量，提高用電裝置的工作環(huán)境，減少設備使用中的故障發(fā)生率以及降低對變壓器等裝置因損壞形成的更換或維修投入，合計進行經(jīng)濟分配具有重要的意義[1]。安裝無功補償裝置具有極大的經(jīng)濟效益：

式(1)～式(3)中：Q為補償容量，電容器的功率(var)；XL為感抗；f為系統(tǒng)頻率，50 Hz/60 Hz；C為電容器容量(μF)；U表示電容器額定電壓(kV)。

在進行無功補償裝置的安裝之后，公式當中的“XL”就會相應變?yōu)椤癤L-XC”，從而大大減少電能的損耗。

2 電石爐用電特性與無功補償需求

電石爐的用電系統(tǒng)主要包括線路、變壓器、斷網(wǎng)以及三相電極等裝置以及相配套的繼電保護設備、電壓電流感應器等。電壓低但是電流大的特點致使短網(wǎng)會形成很多無功功率，導致變壓器負荷過大，進而爐變功率參數(shù)降低，正常情況下會低于0.83，而過低的功率參數(shù)會需要繳納電力罰款。不僅如此，因為單相變壓器的過度使用，導致短網(wǎng)長度不同，三相功率出現(xiàn)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，過多無功功率的流轉(zhuǎn)造成有功的消耗量增加。

為解決上述問題，目前主要是采用現(xiàn)代控制手段以及相應的短網(wǎng)策略，通過在電石爐中接入容量大以及電流大的電容器設備，為電石爐進行無功補償，進而將功率參數(shù)維持在0.92之上，進行無功功率的補償能夠除去諧波、平衡三相功率，對于提升變壓器的輸出水平具有重要的影響意義[2]。目前我們國家在對電石爐進行無功補償方面，根據(jù)電壓的不同等級分為了高壓補償、中壓補償以及低壓補償三種。高壓補償主要是通過在變電所高壓母線上裝備電容器的方式，進行功率參數(shù)改善以及提升的目的。采用這種方式，能夠?qū)╇娋W(wǎng)的網(wǎng)路消耗率減少，進而提升功率參數(shù)。但是這種方式只能夠?qū)Ω邏耗妇€電源一端的線路進行無功功率的補償，對變電所或變壓器負荷端需要的無功無法進行補償。并且基本上都是只能夠進行靜態(tài)的補償，當電流負荷變化較大候，補償效果不好。中壓補償能夠同時對功率參數(shù)以及一次側(cè)的電壓進行提高，改良運行參數(shù)值，而且現(xiàn)在這項方法已經(jīng)在電石爐中廣泛應用，能夠把功率參數(shù)提升至0.9之上。可是因為電石爐變壓器的功率參數(shù)并未改變，因此對該行業(yè)中低產(chǎn)高能耗的問題依然無法解決。這種方法，通過將無功電流直接對中壓線圈產(chǎn)生影響，因此對中壓線圈的電流承受能力以及電壓承受水平具有較高的需求，所以也稱為目前安全隱患較高的補償方式。低壓補償工作原理是把電容器進行并聯(lián)接在二次短網(wǎng)上面，將爐膛電弧形成的無功電流通過水冷電線、短網(wǎng)等設備以后和電容器組之間產(chǎn)生無功功率的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過低壓補償設備的安裝與使用，能夠?qū)未蜗臏p少近3個百分點，提高5～15個百分點的產(chǎn)量，還可以將功率參數(shù)提升至0.95之上。

3 電石爐自動無功補償方案設計與應用選擇

通過對高、中、低三種無功功率補償方式的分析，可以發(fā)現(xiàn)高壓以及中壓補償?shù)姆绞街荒軌蜃屍髽I(yè)免于受到電力部門的處罰。但是對實際企業(yè)運行以及生產(chǎn)工作并沒有較多優(yōu)勢，相反還會因為過電壓、諧波等問題形成較大的安全事故隱患，采用低壓補償?shù)姆绞絽s能夠很好地降低這些問題的發(fā)生[3]。低壓無功補償?shù)姆椒ㄒ苍诓粩嘁疠^好的節(jié)能效果，被廣泛應用到電石爐當中。隨著當前科學技術與大數(shù)據(jù)技術的不斷進步與飛速發(fā)展，控制手段也得到廣泛使用，出現(xiàn)智能化的自動無功補償裝置。該設備使用DSP的處理器，根據(jù)功率參數(shù)值等情況實現(xiàn)無功功率的自動補償。

3.1 低壓自動無功補償裝置設計綜述

在電石爐的低壓一側(cè)進行自動無功補償裝置的安裝，不僅能夠提高電石爐的功率參數(shù)值，讓其在較高數(shù)值范圍內(nèi)運行，還能夠保障無功電流可以不通過短網(wǎng)以及變壓器，進而減少對短網(wǎng)及一次側(cè)的無功損耗。相比于中壓無功補償方式，具有較強的能源節(jié)約以及效果提升的作用。但是相對于其他兩種方式，需要進行較高的資金投入。傳統(tǒng)的低壓無功補償設備需要依照不同的補償容量進行相應的電容器投切，非常容易造成補償設備里邊的繼電器以及熔斷器因為頻繁更換而燒壞，進而導致補償容量的降低。所以經(jīng)常需要大量的人力進行檢修與維修工作，造成一定程度的工作效率不高。但是通過采用自動化的方式，在低壓無功補償裝置中添加動態(tài)補償?shù)脑O施，避免在設備工作過程中頻繁的投切行為，既能夠滿足補償容量的需求，達到無功功率補償?shù)淖饔?，還能夠在一定程度上提高有關部件的使用壽命。

3.2 自動無功補償設計原則

首先，在補償容量的測量應用上，能夠匹配三相或者單相的低壓電路，通過低壓側(cè)電壓以及電流的檢測，作為設備是否進行電容投切的依據(jù)；具有專門的監(jiān)控軟件，能夠進行友好的人機互動，并且操作簡單，實時展示設備運行狀況。其次，在控制方法上，使用可控硅和接觸器共同控制的方式，保證在進行電容投切的時候不會出現(xiàn)重燃的行為[4]。在補償效果上要能夠進行自動補償?shù)耐瑫r，將每月的平均功率參數(shù)控制到0.92之上。自動控制系統(tǒng)進行無功功率容量的計算與補償變動，實時對電壓以及電流進行監(jiān)測，計算出補償容量的大小并進行自動動態(tài)調(diào)整。

3.3 自動無功補償容量的計算

無功補償容量計算：

式中：Qc為需要進行無功功率的補償體量；S視代表電石爐的視在功率；cosφ1為補償后的功率參數(shù)；cosφ2為補償之前的功率參數(shù)。

因為無功功率的輸出數(shù)值和電容器電壓的平方具有正比例關系，因此在進行低壓補償容量的計算時要注意換算關系。此外，要嚴格保證無功功率的補償容量不要超過需求，過量會引發(fā)電網(wǎng)安全事故。

3.4 自動無功補償裝置節(jié)電設計

通過自動無功補償裝置的使用之后，能夠?qū)€路的損耗進行降低是必然的。

根據(jù)損耗降低計算公式ΔΡ%=(1-cosφ2/cosφ1)×100%得出，電石爐僅僅依靠自動無功補償裝置形成的電氣自身電量節(jié)約量并不會很多，因此可以輔助補償裝置來進行電石爐入爐電壓的調(diào)整，這樣能夠更高效地提升電石爐的熱效應，進一步降低電能的損耗。

4 電石爐自動無功補償裝置應用效果

通過自動無功補償裝置在某企業(yè)電石爐中的應用效果來看，成果較為顯著。電石爐在進行起弧過程中，使用低壓自動無功補償設備可以將電石爐短網(wǎng)一側(cè)的功率參數(shù)提升到0.92。并且在系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)以及出料的過程中，通過自動無功補償裝置的安裝使用并依據(jù)實際情況調(diào)整后，也能夠把電石爐短網(wǎng)一側(cè)的功率參數(shù)提升至0.93以及0.89。由此可以看出，在低壓側(cè)進行自動無功補償裝置的安裝使用，可以在很大程度上對短網(wǎng)一側(cè)的無功功率需求進行補償，降低整個電石爐系統(tǒng)在工作工程中的無功功率變動。通過電石爐中低壓無功補償裝置的安裝使用以及相互配合，能對電石爐中電能的質(zhì)量情況進行有效改善，不僅避免受到電力部門的罰款處罰，還能夠進行很好的無功功率補償效果，為電石爐工作起到較好的推動作用[5]。同時，在本質(zhì)上提升了企業(yè)控制方式的工作水平與能力，降低因維護工作帶來的人工浪費，切實提高工作效率，節(jié)約能耗，提高產(chǎn)能，減少企業(yè)的運營成本，提高電路中的電能使用質(zhì)量，并且提高企業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量。

5 結語

綜上所述，在科學、合理的范圍內(nèi)進行無功補償裝置的使用，對提升電石企業(yè)的用電質(zhì)量，減少電能消耗，抑制諧波具有重要的意義。本文通過分析當前電石爐的用電系統(tǒng)以及無功功率的需求，發(fā)現(xiàn)進行低壓無功補償裝置的使用，對解決電能損耗，提升無功補償效果最好。并且詳細闡述了自動無功補償裝置的設計，對其應用效果進行了闡述，能夠得到良好的無功補償效果。