烏蘭巴特 牛 成 馬亞平

（河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司承德柏泉鐵礦）

供電部門對工業(yè)用戶功率因數(shù)規(guī)定0.9為不獎不懲的界限，當(dāng)用戶進行無功補償將功率因數(shù)提高到0.9以后，每提高1%，供電部門按月電量0.15%獎勵用戶。低于0.9時，增收功率因數(shù)調(diào)整電費。當(dāng)?shù)仉娏Σ块T只能監(jiān)測到用戶總進線的功率因數(shù)并進行考核，而從企業(yè)角度來講，單純的總進線功率因數(shù)提高并不是企業(yè)最優(yōu)運行方案。無功補償通常分為集中補償、分散補償和就地補償。若能夠從下至上從單體運行電機至總進線進行全方位無功補償，能夠?qū)崿F(xiàn)效益最大化［1-6］。

無功補償需要從供電系統(tǒng)進行綜合考慮。低壓系統(tǒng)進行無功補償后，高壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)過補的現(xiàn)象，因此需將高壓無功補償進行統(tǒng)一考慮。改造前柏泉鐵礦高壓總進線功率因數(shù)為0.92，有較大優(yōu)化空間。

1 項目實施

礦山企業(yè)電力傳動設(shè)備多為異步電動機，異步電動機均屬于感性負荷，在處于運行的狀態(tài)下，因生產(chǎn)需求，部分異步電機存在大馬拉小車的現(xiàn)象，有一定的無功損耗。因此，減少無功損耗，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，可提高供電設(shè)備的有效容量，增加輸電能力，同時可提高電壓質(zhì)量，減少變損和線路損耗，提高線路前端功率因數(shù)。

1.1 就地補償

柏泉鐵礦采選擴能完成后因選一作業(yè)區(qū)是老車間，原有部分無功補償不合理。按照不同的補償對象，無功補償容量有不同的計算方法。

（1）按照功率因數(shù)的提高計算。補償前功率因數(shù)為cos?1，補償后功率因數(shù)為cos?2，補償前后的平均有功功率為P，則需要補償?shù)臒o功功率容量為

（2）按照躲開電動機空載電流計算。單臺異步電動機進行就地?zé)o功補償時，若電動機突然與電源斷開，電容器將對電動機放電而產(chǎn)生自勵磁現(xiàn)象。如果補償容量過大，可能因電動機慣性轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生過電壓損壞電動機。為防止這種情況的發(fā)生，不宜使電容器補償容量過大，應(yīng)以電容器組在此時的放電電流不大于電動機空載電流為限，即

式中，UN為供電系統(tǒng)額定線電壓，kV；I0為電動機額定空載電流，A；Qc為補償電容器容量，kvar。

電動機空載電流的數(shù)值若在產(chǎn)品樣本中查不到，可通過下面兩個估算公式推算出。按電動機最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)推算公式為

經(jīng)驗公式為

式中，I0為電動機的空載電流，A；IN為電動機的額定電流，A；cos?N為電動機的功率因數(shù)；K為計算參數(shù)，當(dāng)cos?N≤0.85時，K=2.1，當(dāng)cos?N>0.85時，K=2.15。

已知中礦泵電機和分級機電機型號及實測功率因數(shù)見表1。

（3）補償電容的選定。若進行無功補償后功率

?

因數(shù)按0.98計，按公式（1）計算。中礦泵補償電容Qcz=22.63 kvar，按公式驗算Qcz≤27.26 kvar，所以選取補償電容容量為20 kvar。分級機補償電容Qcf=10.44 kvar，按公式驗算Qcf≤12.60 kvar，所以選取補償電容容量為10 kvar。

（4）就地補償效果。以此類推對選一作業(yè)區(qū)除因工藝原因無法加裝補償電容的電機外，對額定功率7.5 kW以上的電機全部加裝就地補償。陸續(xù)對環(huán)水泵電機、過濾機電機、二段球磨機電機進行就地補償改造，總?cè)萘? 616 kW。加裝就地補償?shù)碾姍C功率因數(shù)均達到0.95以上。因設(shè)備運行方式不同，有些電機即使功率因數(shù)很低也不能加裝就地補償。比如部分事故泵電機，礦漿回收泵電機等。由于負荷波動非常大，若運行負荷很小時加裝就地補償會發(fā)生過補的現(xiàn)象，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

1.2 分組補償

該種補償是將電容器組按低壓配電網(wǎng)的無功負荷分布情況，分組裝設(shè)在相應(yīng)的母線上，或直接與低壓干線相連接，形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補償方式。電容器分散裝設(shè)可以就近補償用電設(shè)備所消耗的無功功率。由于這部分無功功率不再通過主干線以上線路輸送，從而使變壓器和配電主干線路的無功功率損耗相應(yīng)減少，因而分組補償比集中補償降損節(jié)電效益顯著。尤其對于用電負荷點較多，且距離較遠的低壓配電網(wǎng)，這種補償效益更高。

由于大多數(shù)負載是隨時間及季節(jié)變化的，采用自動補償較好。分組電容器的投切可隨總的負荷水平而變化。柏泉鐵礦低壓母線上全部安裝了分組補償裝置且全部為自動補償，對全部分組自動補償柜進行了檢測，運行效果較好，只對部分損壞的電容進行更換。

1.3 集中補償

柏泉鐵礦35 kV變電站建設(shè)時在10 kV母線和6 kV母線上安裝了集中補償裝置，但隨著車間負荷的變化，6 kV母線負荷逐漸減少，6 kV母線的集中補償裝置無法滿足實際需求。

1.3.1 6 kV母線電容補償柜優(yōu)化改造

柏泉鐵礦高壓供電有10 kV和6 kV供電系統(tǒng)。由于生產(chǎn)需求，原6 kV用電設(shè)備不斷減少，10 kV用電設(shè)備增加，導(dǎo)致6 kV母線補償電容不匹配。6 kV供電系統(tǒng)的用電設(shè)備主要為采礦的潛孔鉆機，同時采礦作業(yè)區(qū)潛孔鉆機避峰就谷運行，只在夜間進行鉆孔作業(yè)，6 kV母線負荷變化較大。原電容補償柜設(shè)計容量為1 500 kvar電容器組，串聯(lián)電抗器為90 kvar。補償電容若投入，6 kV母線有時會出現(xiàn)過補現(xiàn)象，若不投入，功率因數(shù)一般在0.84左右。

該礦6 kV供電系統(tǒng)的諧波含量不高，以5次諧波為主，電壓、電流的波形畸變不大。這樣對諧波的治理可暫不考慮，主要任務(wù)是提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。

考慮到經(jīng)濟情況，為了最大程度地減少投資，只將原補償柜進行改造，更換電抗器，拆除1組電容，將原電容柜補償電容由1 500 kvar（2組每組3塊電容）投入一半，容量改為750 kvar，只需采購1臺45 kvar電抗器代替原90 kvar電抗器。改造后6 kV母線功率因數(shù)達到0.98，效果非常顯著。

1.3.2 選一尾礦砂泵加裝補償電容優(yōu)化改造

對柏泉鐵礦全部高壓配電室功率因數(shù)進行測定，詳細數(shù)據(jù)見表2。

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由表2可知，選一砂泵、高壓輥磨、破碎綜合功率因數(shù)偏低。因工藝原因，高壓輥磨和破碎綜合所帶設(shè)備每日均需停車檢修，所帶的主體設(shè)備旋回破碎機、圓錐破碎機、高壓輥磨機負荷波動非常大，不適合進行無功補償。選一砂泵屬于選礦設(shè)備，除計劃檢修外均連續(xù)運轉(zhuǎn)，適合進行無功補償。

選一作業(yè)區(qū)尾礦泵分支共有尾礦泵電機4臺，其中2臺電機功率為315 kW，2臺電機功率450 kW，2用2備（1臺315 kW和1臺450 kW同時運行），平均功率在0.82左右，有較大的優(yōu)化空間。在選一砂泵高壓室母線增加電容補償柜。

補償容量計算方法為Q=P()，補 償 目 標 值cos?2=0.82，cos?1=0.98，P=685 kW，計算結(jié)果Q=356.4 kvar。依據(jù)補償容量的計算結(jié)果，選一砂泵分支供電系統(tǒng)10 kV母段選用300 kvar補償電容，按6%電抗率選型，電抗器容量為18 kvar，按該容量選取配套電容柜。補償柜投入運行后，選一砂泵進線功率因數(shù)由0.82提高到0.97以上，電流降低6 A以上，節(jié)能效果顯著。

對全礦供電系統(tǒng)進行全方位無功補償優(yōu)化后，小柏線總進線功率因數(shù)達到0.98以上，每年受當(dāng)?shù)仉娏Σ块T獎勵60萬元以上。

2 成本投入與效益測算

選一作業(yè)區(qū)按全部加裝就地補償電機進行測算，就地補償電容采購費25.84萬元，年創(chuàng)效75.5萬元；6 kV補償柜電抗器采購成本2.2萬元，年創(chuàng)效121.54萬元；選一砂泵高壓補償柜采購成本18.5萬元，年節(jié)約電費62.17萬元；柏泉鐵礦年受當(dāng)?shù)仉娏Σ块T獎勵增加60萬元，合計年創(chuàng)效255.67萬元。

3 結(jié)語

通過研究發(fā)現(xiàn)，對供電系統(tǒng)進行系統(tǒng)性的無功補償，可提高功率因數(shù)，隨著功率因數(shù)的提高可減少電能損耗，減少線路損耗，減少變壓器的有功功率損耗，減少線路及變壓器的電壓損失，增加發(fā)配電設(shè)備的供電能力等，經(jīng)濟效益及節(jié)能效果明顯。進行無功補償時，需對整個供電系統(tǒng)從下至上，從單體運行電機至總進線進行無功補償，對不適合加裝無功補償?shù)牟课换蛟O(shè)備嚴禁加裝補償電容，避免出現(xiàn)過補影響供電質(zhì)量。該研究尚未實現(xiàn)柏泉鐵礦所有適合無功補償電機的全覆蓋，如碎礦個別軟啟動電機、選二1系列浮選電機等，實現(xiàn)后可進一步提高經(jīng)濟效益。