吳孟超

摘? 要：在工廠的供配電系統(tǒng)中，輸出功率包括功功率、無功功率2個(gè)部分，前者是電氣設(shè)備直接消耗的電能，后者是建立磁場(chǎng)和電場(chǎng)占用的電能，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，一般會(huì)采用無功補(bǔ)償系統(tǒng)。該文首先分析了供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)囊饬x，然后介紹了工廠供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)念愋?，最后闡述了無功補(bǔ)償裝置的選擇方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：工廠;供配電系統(tǒng);無功補(bǔ)償;裝置選擇

中圖分類號(hào)：TM714? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在供電系統(tǒng)中，應(yīng)用無功補(bǔ)償能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少變壓器、輸送線路帶來的電能損耗，從而改善供電環(huán)境。在工業(yè)生產(chǎn)中，電感負(fù)載均要補(bǔ)償大量的無功功率，提供途徑有2種：一是由輸電系統(tǒng)提供，二是由補(bǔ)償電容器提供。采用第一種方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮有功功率、無功功率，會(huì)增加變壓器和線路的損耗，降低了經(jīng)濟(jì)效益。采用第二種方案，只需和補(bǔ)償電容器進(jìn)行并聯(lián)，就能提供無功功率，從而減小無功損耗，提高系統(tǒng)的輸電效率。以下結(jié)合個(gè)人工作實(shí)踐，探討了無功補(bǔ)償在工廠供配電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

1 供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

1.1 減少電費(fèi)支出

工廠生產(chǎn)期間，電費(fèi)支出是一項(xiàng)重要的成本，減少電費(fèi)支出，可以提高經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。從供電公司的角度來看，電能使用量以功率為單位，且包括功功率、無功功率2個(gè)部分。對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無功功率消耗的電能，最終節(jié)約電費(fèi)、提高生產(chǎn)利潤(rùn)。結(jié)合國(guó)家的電價(jià)制度，用電企業(yè)規(guī)定的最低功率因數(shù)是0.9，低于該數(shù)值，要懲罰性多收電費(fèi);高于該數(shù)值，會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)性減少電費(fèi)。

1.2 改善電壓質(zhì)量

隨著供配電系統(tǒng)的無功功率增加，整個(gè)工廠的電壓損失量會(huì)加大，繼而影響電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，增加了故障發(fā)生率。通過無功補(bǔ)償，可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，進(jìn)一步穩(wěn)定負(fù)載電壓，確保電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，減少后期維修、養(yǎng)護(hù)工作量，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

1.3 降低變壓器容量

變壓器是供配電系統(tǒng)的重要組成部分，選擇變壓器時(shí)，容量大小是一個(gè)關(guān)鍵要素。系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償后，變壓器的視在功率明顯降低，對(duì)于工廠而言，變壓器的選擇難度減小，即使選用容量較小的變壓器，也能滿足生產(chǎn)需求。相比于大容量變壓器，小容量變壓器不僅成本低，而且運(yùn)行過程中的電能損耗小，也是降低工廠生產(chǎn)成本的有效途徑。

1.4 提升設(shè)備出力

對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，不僅能降低電能損失，還能提升設(shè)備出力。從原理來看，有功功率P=S·cosφ，電氣設(shè)備的視在功率S一定時(shí)，隨著功率因數(shù)cosφ提高，有功功率P相應(yīng)提高，即設(shè)備的有功出力提升。從系統(tǒng)運(yùn)行來看，無功功率得到補(bǔ)償后，負(fù)荷需要的無功功率不再?gòu)碾娫传@取，且線路無功電流減小。設(shè)備和線路被無功占用的部分容量可以釋放出來，并轉(zhuǎn)化為有功功率，充分發(fā)揮出設(shè)備的運(yùn)行潛力。

2 工廠供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)念愋?/p>

2.1 高壓集中補(bǔ)償

高壓集中補(bǔ)償適用于6 kV～10 kV的大中型工廠，供配電系統(tǒng)的特征是負(fù)荷波動(dòng)大、功率因數(shù)需要經(jīng)常調(diào)節(jié)。從結(jié)構(gòu)組成來看，高壓無功集中補(bǔ)償裝置包括：①控制器;②高壓真空開關(guān)（或真空接觸器）;③高壓電容器組;④電抗器;⑤放電線圈;⑥避雷器;⑦輔助設(shè)備。工作原理是基于九區(qū)圖、模糊控制理論，依據(jù)電壓優(yōu)先、負(fù)荷無功功率、投切次數(shù)限量等條件，確定是否投切電容器組，促使母線電壓位于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)減小電耗的目標(biāo)。結(jié)合實(shí)際情況，高壓集中補(bǔ)償在工廠中的補(bǔ)償效果差，但優(yōu)點(diǎn)是投資小、施工簡(jiǎn)單、方便維護(hù)，因此目前應(yīng)用比較普遍。

2.2 低壓集中補(bǔ)償

低壓集中補(bǔ)償適用于各種規(guī)模的工廠，主要是使用大功率晶閘管投切開關(guān)，對(duì)多級(jí)電容組進(jìn)行快速投切，從而穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。從結(jié)構(gòu)組成來看，低壓無功集中補(bǔ)償裝置包括：①控制器;②無觸點(diǎn)開關(guān)組;③并聯(lián)電容器組;④電抗器;⑤放電裝置;⑥保護(hù)回路等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。工作原理是監(jiān)測(cè)供配電系統(tǒng)電壓、無功功率的變化，如果電壓低于供電標(biāo)準(zhǔn)，或者無功功率滿足電容器組的投切條件，此時(shí)控制器就會(huì)發(fā)出投切指令。結(jié)合實(shí)際情況，該補(bǔ)償方式的接線清晰，運(yùn)行管理和后期維護(hù)工作量小，可以提高配變利用率，因此在工廠供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用廣泛。

2.3 分散就地補(bǔ)償

分散就地補(bǔ)償，主要用在工廠內(nèi)耗電量大的設(shè)備中，是針對(duì)該設(shè)備采用的單獨(dú)無功補(bǔ)償方式，一般將分散補(bǔ)償裝置安裝在用電設(shè)備的旁邊，能和該設(shè)備同時(shí)運(yùn)行、同時(shí)斷開。相比于高壓、低壓集中補(bǔ)償，可獲得良好的補(bǔ)償效果，既能維持系統(tǒng)的電壓水平，又能實(shí)現(xiàn)降耗的目標(biāo)。結(jié)合實(shí)際情況，該補(bǔ)償方式不能盲目使用，關(guān)鍵點(diǎn)總結(jié)如下：①在輕負(fù)荷時(shí)，要避免過補(bǔ)償，倒送無功會(huì)增加功率損耗，影響運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;②功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量減少損耗的作用將變小，一般將功率因數(shù)提高至0.95就是合理補(bǔ)償;③不能用在大容量電氣設(shè)備中，因?yàn)榇笕萘侩姎庠O(shè)備會(huì)產(chǎn)生高次諧波，分散就地補(bǔ)償后會(huì)增加諧波次數(shù)，降低了供電質(zhì)量;④不宜用在電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)的設(shè)備、正反轉(zhuǎn)輪換的設(shè)備中，會(huì)帶來不必要的電耗;⑤分散就地補(bǔ)償期間，要配置專用的電力電容器，使用普通電力電容器會(huì)提高投資成本。

3 工廠供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的選擇

3.1 普通補(bǔ)償裝置

在工廠的供配電系統(tǒng)中，普通無功補(bǔ)償裝置由電容器組、電容器支路保護(hù)、投切開關(guān)和自動(dòng)補(bǔ)償裝置等組成。該補(bǔ)償裝置可以分組自動(dòng)投切，但要減少電容器組的開合次數(shù)，以減少維修養(yǎng)護(hù)工作量，延長(zhǎng)電容的使用壽命。結(jié)合實(shí)踐，選擇普通的無功補(bǔ)償裝置時(shí)，確保先投入、先切除，采用輪換循環(huán)投切，可對(duì)裝置產(chǎn)生保護(hù)作用，降低投資成本和維護(hù)成本。

3.2 串聯(lián)電抗器

隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，供配電系統(tǒng)的波動(dòng)性增強(qiáng)，帶有沖擊性負(fù)荷。電氣設(shè)備運(yùn)行期間，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，甚至出現(xiàn)閃變、三相不平衡等問題。從電容器的特點(diǎn)來看，雖然具有抗諧波能力，但也會(huì)放大諧波，增大電容器的損壞程度。對(duì)此，針對(duì)存在諧波干擾的部位，可以增加濾波裝置。其中，有源濾波器的效果好，但是價(jià)格昂貴，其運(yùn)行可靠性有待驗(yàn)證;無源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占地面積大，會(huì)耗費(fèi)大量銅線、電容器，而且系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生變化，會(huì)削弱濾波效果。

3.3 無功發(fā)生器

采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）整流控制技術(shù)，實(shí)時(shí)采集工廠供配電系統(tǒng)的電壓、電流等參數(shù)，輔助利用高性能數(shù)字信號(hào)處理器，計(jì)算出電網(wǎng)的無功功率，繼而實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償。以靜止無功發(fā)生器（SVG）為例，是由檢測(cè)模塊、控制運(yùn)算模塊、補(bǔ)償輸出模塊組成。運(yùn)行時(shí)，首先外部CT檢測(cè)供配電系統(tǒng)的電流信息，控制芯片分析當(dāng)前的電流信息，象視在功率S、無功功率Q、功率因數(shù)PF等;然后控制器發(fā)出補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由逆變回路發(fā)出補(bǔ)償電流。SVG的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了無功補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)性、連續(xù)性，既能補(bǔ)償感性無功，又能補(bǔ)償容性無功，將電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在0.98以上。

4 結(jié)語

供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償，可以提高功率因數(shù)、改善電壓質(zhì)量、減少電能損失、提升設(shè)備出力。文中以工廠供配電系統(tǒng)為例，介紹了高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、分散就地補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用。選擇無功補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)普通補(bǔ)償裝置、串聯(lián)電抗器、無功發(fā)生器的不同，制定合適的補(bǔ)償方案，保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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