浅谈功率因数对工厂供电系统的影响及补偿

浅谈功率因数对工厂供电系统的影响及补偿 【摘  要】：本文对影响工厂供电系统的因素进行了分析，并提出补偿措施，对工厂节能降耗、挖潜增效具有一定的指导意义。 【关键词】：无功补偿  功率因数  补偿 1  概述 众所周知，无功补偿对供电系统有不良影响。因此，用户都想方设法补偿无功功率，以提高功率因数、提高供电系统运行质量。由于电能费用在我厂生产成本中占有较大比重，所以提高功率因数、降低成本、减少消耗显得尤为重要。功率因数的提高主要依靠投运电容器进行。 2  功率因数对工厂供电系统的影响 在工厂，绝大数用电设备具有电感性，从供电系统吸收无功功率。当有功功率保持恒定时，无功功率需求量的增大将引起： （1）供电系统总电流的增加，导致电力元件容量增大，投资费用加大。 （2）总电流的增大，使设备及线路的铜损耗大大增加。 （3）供电线路及变压器的损失增大，使调压困难。 （4）对发电设备而言，无功电流的增大，使转子去磁效应增加、电压降低，激磁电流过度增大，使发电机绕组温升提高，对电机极为不利。 3  功率补偿的计算 提高功率因数会给用户带来多方面的经济利益，无功补偿经济当量是一种较为简单的计算方法。所谓无功补偿经济当量就是每补偿1kvar的无功功率在系统中引起的有功功率的减少量。未补偿前系统的有功功率损失为： △Ps1=3I2R*10-3 =（S/U）2R*10-3 =（P/U）2R*10-3 =△P+△Q-----------------------------（1） 式中，S、P、Q—分别为网路通过的视在功率（kvar）、有功功率（KW）及无功功率（kvar）。 I—网路通过的总电流（A） U—线电压（KV） R—导线电阻（Ω） △P—输送有功功′率引起的有功功率损失（KW） △Q—输送无功功率引起的无功功率损失（kvar） 如果用户的有功功率不变，无功功率补偿数为Qb，则补偿后的有功功率损失为： △Ps2=△P+△Q +△Pb =△P+[(Q-Qb)R*10-3]/U2+△Pb-----------(2) 式中：△Pb—补偿装置消耗的有功功率（KW） 于是因补偿无功功率而减少的有功损耗为： △Ps′=△Ps1-△Ps2 =[Q(2Q-Qb)R*10-3]/U2-△Pb 用标幺值示为： △P标=△P/ Qb =[Q(2-Qb/Q)]/U2R*10-3-△Pb/ Qb =[△Q(2- Qb/Q)]Q-△Pb/ Qb =K--------------------------------(3) 式中：K即为无功功率的经济当量。当输送的无功功率Q，补偿尚未无功功率Qb，电源至用户的距离及△Pb已知时，Kq可以计算出来。 4  功率因数的补偿 4.1  补偿容量的确定 经过多次变压的电源进线，电力部门规定的功率因数一般在0.93以上，我厂要求功率因数在0.95以上，仅依靠提高自然功率因数的办法难以满足，我们是采用人工补偿的办法实现。提高功率因数所需的补偿容量可按下式计算： Pqb=[Wmmax(tgψ1′-tgψ2′)]/Tm---------------(4) 式中：Wmmax—最大负荷月的有功电能耗（kwh） Tm—最大负荷月的工作小时数 tgψ1—对应上述月份的自然加权平均功率因数的正切 tgψ2—供电局规定的功率因数提高值的正切 4.2  补偿装置的选择 补偿装置的选择应遵循能量损耗最少的原则，并考虑过电压，过频率及谐波的影响。提高功率因数的补偿装置有同步补偿器和静电电容器。由于静电电容器的无功补偿很少，且易组成所需的补偿容量、发出单位无功补偿消耗的有功功率很少，因而工厂普遍采用并联静电电容器。并联电容器的补偿有个别补偿、分散补偿和集中补偿三种方式。 4.2.1  个别补偿 个别补偿一般装设在用电设备附近，与设备同时投入运行或断开。为最大限度的减少系统中流过的无功功率，是整个供电线路的功率及能量损耗、送电线路截面、有色金属耗量、设备容量等都相应减少或降低，个别补偿最好选在末端负荷处补偿，这种补偿适用于长期稳定运行、无功功率需求量大或离电源远、不便于分散补偿的场合。如图一所示。个别补偿有以下缺点： （1）电容器利用率低，需要和电动机同时投入或断开。 （2）可能产生自激过电压。 （3）易受机械振动或环境的影响。 （4）投资费用高。 4.2.2  分散补偿 分散补偿的电容器，一般接在车间配电母线上，其优点是利用率较高、投资费用较低、电容器总容量也少，但只能补偿供电线路和变压器中的无功功率，而配电线路中的无功电流未能得到补偿。对于分散补偿，由于有的处于过补偿、有的处于欠补偿，因而要求分粗细，切换次数频繁，这样开关设备增多、电器通断磨损增加、且产生较大的冲击电流、引起电弧。如图二所示。 4.2.3  集中补偿 集中补偿是将电容器设置在总降压变电所内。集中补偿的电容器容量仅按照变配电所的总负荷选择，容量比个别、分散补偿的少，配电所的无功负荷比较平稳，便于管理和维护保养，投资费用少，但变配电所的各馈电线路未得到补偿，仅减轻了供电电网的无功功率。如图三所示。 图一：个别补偿        图二：分散补偿    图三：集中补偿 5  经济效益分析 我厂现有2台主变压器，其容量为15000kvar，3.5KV、Y/△-11，一备一开，采用6360kvar电容器集中补偿，补偿后功率因数由0.81提高到0.97（我厂自然功率因数为0.81），无功功率减少、有功功率增加。增加率为： △=（Ps2-Ps1）/S=S（cosψ2-cosψ1）/S = cosψ2-cosψ1 即可增加16%的出力。 6  结束语 静电电容器作为无功功率源向电网发送无功功率时，应严格遵照供电部门的规定，最佳分布、最佳补偿、提高运行的经济效果和供电系统的功率因数。值得一提，为改善供电系统的电压质量，在电力系统中的供电线路也有采用串联电容器补偿，以提高线路末端电压。