盧保陽(yáng)

(泰山石膏股份有限公司泰和紙業(yè),山東泰安,271026)

造紙企業(yè)高壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

盧保陽(yáng)

(泰山石膏股份有限公司泰和紙業(yè),山東泰安,271026)

根據(jù)公司的實(shí)際情況,簡(jiǎn)要概述了高壓無(wú)功補(bǔ)償在配電系統(tǒng)中的實(shí)際意義及對(duì)造紙等高能耗企業(yè)的使用價(jià)值

高壓;無(wú)功補(bǔ)償;配電系統(tǒng);造紙企業(yè)

造紙企業(yè)一直都是能耗大戶,為保證正常生產(chǎn)的需要,每年都消耗大量的能源,歷來(lái)是國(guó)家能耗監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。隨著金融危機(jī)向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)的蔓延,節(jié)能降耗越來(lái)越成為每個(gè)造紙企業(yè)節(jié)約成本、控制開(kāi)支的必然選擇。各種節(jié)能降耗技術(shù)不斷得到廣泛而又深入的應(yīng)用?，F(xiàn)結(jié)合泰山石膏股份有公司泰和紙業(yè)制漿高壓系統(tǒng)的情況,對(duì)高壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)膶?shí)際應(yīng)用進(jìn)行介紹。

泰和紙業(yè)公司每月耗電量達(dá) 400萬(wàn) kWh以上,尤其是制漿系統(tǒng)用電負(fù)荷高,因?yàn)槭情g歇式制漿,負(fù)荷變化量大,再加上制漿操作過(guò)程中多臺(tái)高壓電機(jī)(總?cè)萘繛?2365 kW)直接起動(dòng),對(duì)供配電系統(tǒng)有很大的影響。雖然低壓部分已經(jīng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,而且功率因數(shù)已經(jīng)補(bǔ)償?shù)?0.98,甚至接近 1.0,但對(duì)整個(gè)制漿高壓系統(tǒng)作用不是很大,總線功率因數(shù)僅為 0.92左右。為了增強(qiáng)制漿高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性,保證系統(tǒng)供電質(zhì)量,盡可能地節(jié)約用電,降低損耗,應(yīng)該在高壓系統(tǒng)增加無(wú)功補(bǔ)償裝置 (高壓系統(tǒng)如圖1所示)。現(xiàn)根據(jù)泰和紙業(yè)公司實(shí)際情況進(jìn)行分析。

1 補(bǔ)償容量的確定

根據(jù)提高功率因數(shù)確定補(bǔ)償容量的方法,按照公式 (1)計(jì)算。

圖1 制漿高壓系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

其中:

Qc為提高功率因數(shù)需要的補(bǔ)償容量,kvar;

Pm為最大負(fù)荷月份的平均有功功率,kW;

tgφ1為提高前功率因數(shù)的正切值;

tgφ2為提高后功率因數(shù)的正切值。

由生產(chǎn)過(guò)程中制漿系統(tǒng)耗電記錄可知:

Pm=Wm/Tm=2450000/(24×29)=3520(kW)其中:

Wm為制漿系統(tǒng)月耗電量,kWh;Tm為制漿系統(tǒng)月運(yùn)行時(shí)間,h。

提高前功率因數(shù)取 0.92,提高后功率因數(shù)取0.98。

查表可知:tgφ1=0.426,tgφ2=0.2031

代入公式計(jì)算可知:

為方便計(jì)算,取需要補(bǔ)償?shù)娜萘繛?750kvar。

2 投入無(wú)功補(bǔ)償,提高功率因數(shù)的意義

2.1 無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量

所謂無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量,就是無(wú)功補(bǔ)償后,當(dāng)電網(wǎng)輸送的無(wú)功功率減少 1 kvar時(shí),使電網(wǎng)有功功率損耗降低的千瓦數(shù)。即無(wú)功補(bǔ)償后,有功功率損耗可按式 (2)計(jì)算。

其中:

Kq為無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量,查有關(guān)資料可知,其估算值為 0.08～0.1,取其下限計(jì)算得:ΔP=Kq×Qc=0.08×750=60(kW)。

即增加 750 kvar的無(wú)功補(bǔ)償后,可使有功功率損耗降低 60 kW。

2.2 降低線路損耗,節(jié)約能源

線路損耗是電力輸送過(guò)程中的一個(gè)重要指標(biāo),在電能損耗中占一定的比例。根據(jù)公式 (3)進(jìn)行計(jì)算。

其中:

PL為線路損耗,kW;

P為平均有功功率,kW。由上述計(jì)算可知,制漿過(guò)程中 P=3520 k W,為方便計(jì)算,將有功功率約為3500 k W;

R為線路電阻,Ω。查資料可知 185 mm2高壓電纜等值電阻為:R=0.0991Ω/km;

U為系統(tǒng)電壓,kV;

cosφ為系統(tǒng)功率因數(shù)。

增加無(wú)功補(bǔ)償前:P=3500 kW,R=0.0991Ω,U=10 kV,cosφ =0.92。

代入公式 (3)得:

增加無(wú)功補(bǔ)償后:P=3500 kW,R=0.0991Ω,U=10 kV,cosφ=0.98,

代入公式 (3)得:

由此可得,增加無(wú)功補(bǔ)償后可降低線路損耗為:

2.3 提高設(shè)備容量,增加設(shè)備出力

增加無(wú)功補(bǔ)償,提高功率因數(shù)后,如果變壓器容量不變,則可以使當(dāng)前變壓器的有功負(fù)荷提高,使該變壓器的容量增加為:

其中:

P為增加無(wú)功補(bǔ)償后變壓器增加的有功負(fù)荷,kW;

S為變壓器額定容量,kvar;

cosφ1、cosφ2為增加無(wú)功補(bǔ)償前后的功率因數(shù)。

即將功率因數(shù)由 0.92提高到 0.98后,可使變壓器增加 378kW的有功負(fù)荷。

2.4 提高系統(tǒng)末端電壓,增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性

在輸送電系統(tǒng)中,因?yàn)榫€路電阻、感抗的存在,會(huì)使系統(tǒng)電壓降低,到一定程度時(shí),會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。而且,電壓越低,線路損耗越嚴(yán)重,消耗的電量就會(huì)越多。因此,降低系統(tǒng)電壓損失對(duì)節(jié)能降耗、保證系統(tǒng)穩(wěn)定也是很重要的。線路電壓降的簡(jiǎn)化計(jì)算見(jiàn)公式 (4)。

其中:

P、Q分別為負(fù)荷有功和無(wú)功功率;

R、X分別為線路等值電阻和電抗;

U為線路額定電壓。

由式 (4)可知,R、X、U為一個(gè)定值,在系統(tǒng)有功負(fù)荷不變的情況下,增加無(wú)功補(bǔ)償后,會(huì)使系統(tǒng)無(wú)功功率降低,從而使系統(tǒng)電壓降減小。因此,增加無(wú)功補(bǔ)償,可以提高系統(tǒng)末端電壓,增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。不過(guò),電壓升高會(huì)對(duì)部分電器設(shè)備、元件產(chǎn)生影響,使耐壓性能低的設(shè)備更容易損壞。

2.5 降低輸送線路電流,提高電纜穩(wěn)定性

由工業(yè)園到泰和紙業(yè)制漿高壓系統(tǒng)的電纜為鎧裝三芯電纜,線徑為 185 mm2,其埋地最大承載電流為310 A,而開(kāi)啟舊報(bào)紙制漿系統(tǒng)時(shí)正常運(yùn)行電流為260 A,最大瞬時(shí)電流達(dá)到 290 A,如果再增加大容量設(shè)備,電纜載流量是個(gè)瓶頸。投入無(wú)功補(bǔ)償,提高功率因數(shù)后,會(huì)使系統(tǒng)有功損耗降低,系統(tǒng)電壓升高,線路電流降低,這不僅會(huì)降低線路損耗,而且在一定程度上可以保證電纜正常穩(wěn)定的運(yùn)行,對(duì)制漿系統(tǒng)增加設(shè)備有很大意義。

2.6 減少電費(fèi)支出

按照國(guó)家規(guī)定,工業(yè)企業(yè)用戶應(yīng)該支付以下三部分的電費(fèi):按變壓器容量 (或最大負(fù)荷)交付的基本電費(fèi);按有功電量交付的電費(fèi);按每月平均功率因數(shù)增加或減少一定百分比的功率因數(shù)電費(fèi)。因此,投入無(wú)功補(bǔ)償,功率因數(shù)提高后,不僅會(huì)節(jié)約有功電量的電費(fèi),還會(huì)節(jié)約一部分功率因數(shù)電費(fèi)。具體情況見(jiàn)表1和表2所示。

增加無(wú)功補(bǔ)償后因功率因數(shù)提高可以節(jié)約的電費(fèi)量與企業(yè)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和電費(fèi)支付方式有關(guān),在此就不再計(jì)算。但僅根據(jù)降低的有功損耗和線路損耗,每年可節(jié)約的電量為:

電量按照 0.5元/kWh計(jì)算,則可節(jié)約電費(fèi):

468792 ×0.5=234396(元 )

表1 功率因數(shù)與電費(fèi)減少的關(guān)系

表2 功率因數(shù)與電費(fèi)增加的關(guān)系

通過(guò)以上計(jì)算、分析可以看出,增加無(wú)功補(bǔ)償,提高功率因數(shù)會(huì)使制漿高壓系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠,并且會(huì)節(jié)約很大一部分電費(fèi)支出。因此,高壓系統(tǒng)增加無(wú)功補(bǔ)償、提高系統(tǒng)功率因數(shù)既有很高的技術(shù)需要,更有很大的經(jīng)濟(jì)利益,不失為一個(gè)優(yōu)化系統(tǒng)、節(jié)能降耗的良策。

Application of High Voltage Reactive Power Compensation in PaperM ills

LU Bao-yang
(Taihe Paper,Taishan Gypsum Co.,Ltd.,Taian,Shandong Province,271026)

The significance of high voltage reactive power compensation in electric distribution system and its application value in energy consuming industries such as papermills are discussed based on the authors experience.

high voltage;reactive power compensation;electric distribution system;papermills

TS737

A

0254-508X(2010)04-0073-03

盧保陽(yáng)先生,助理工程師?，F(xiàn)任泰山石膏股份有限公司泰和紙業(yè)電氣儀表車間主任。

(E-mail:baoyanglling@163.com)

2009-12-01(修改稿)

(責(zé)任編輯:馬 忻)