某石化企業(yè)新上電力電容器進(jìn)行無功補償?shù)男б娣治?/h1>
作者： 2021年01月20日 來源：全球化工設(shè)備網(wǎng) 瀏覽量：
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安科瑞鮑靜君　　摘要：：通過分析某石化企業(yè)新上電容器進(jìn)行無功補償?shù)慕?jīng)濟(jì)性，表明電容器無功補償裝置可調(diào)整系統(tǒng)進(jìn)線下網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到很好功率因數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)挖掘發(fā)電設(shè)備潛力，做到節(jié)能降耗，充分提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)

安科瑞 鮑靜君

　　摘要：：通過分析某石化企業(yè)新上電容器進(jìn)行無功補償?shù)慕?jīng)濟(jì)性，表明電容器無功補償裝置可調(diào)整系統(tǒng)進(jìn)線下網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到很好功率因數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)挖掘發(fā)電設(shè)備潛力，做到節(jié)能降耗，充分提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：無功功率補償；功率因數(shù)；經(jīng)濟(jì)效益

　　該企業(yè)動力生產(chǎn)管理部新上電容器補償裝置投入前，35KV系統(tǒng)無功來源有兩個，一是取自吉利變電站110KV，即總進(jìn)線系統(tǒng)無功，二是靠三臺發(fā)電機組多發(fā)無功功率。目前，35kV系統(tǒng)總無功負(fù)荷約27MVAR，當(dāng)吉利變電站出現(xiàn)故障或動力部的發(fā)電機事故解列時都會導(dǎo)致35kV系統(tǒng)無功嚴(yán)重缺乏，末端壓降大，系統(tǒng)損耗大，無法正常啟動大型電動設(shè)備，對生產(chǎn)造成較大影響。

　　動力部作為企業(yè)供電的總站，35KV主網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和運行日益受到重視。降低網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電效率和電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性是我廠面臨的實際問題，也是我廠減少電力能耗的主要方向之一。因此，在35KV系統(tǒng)中根據(jù)實際情況采用無功補償裝置，提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)損，提高電能質(zhì)量和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性具有重要意義。

　　1無功補償概述

　　電力系統(tǒng)無功補償裝置大多是針對某個節(jié)點進(jìn)行無功補償。這是因為無功的產(chǎn)生不消耗電能，但是無功功率沿電力網(wǎng)傳送卻能引起電壓損耗和功率損耗。傳統(tǒng)的無功補償裝置主要為同步調(diào)相機和并聯(lián)電容器。這兩者相比，并聯(lián)電容器是無功補償領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的補償裝置，它具有補償簡單經(jīng)濟(jì)、靈活方便和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，而電容補償主要補償固定的無功，如果采用電容分組投切能夠更好地適應(yīng)負(fù)荷無功的動態(tài)變化，這是一種有級無功調(diào)節(jié)。

　　因此，通過電容器補償無功功率，可以提高系統(tǒng)運行電壓，提高用戶處的電壓質(zhì)量，改變電力網(wǎng)的無功潮流分布，減少網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和電壓損耗

　　2 電容器補償原理及意義

　　該企業(yè)的用電負(fù)荷多為電力變壓器、輸電線路電感和下級裝置的各電壓等級電動機，這些大部分屬于感性負(fù)載，在運行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。感性負(fù)荷造成電網(wǎng)功率因數(shù)低，增加電網(wǎng)能耗，影響發(fā)電機的輸出有功功率及影響變電、輸電的供電能力，還增加了輸電線路的電壓降等。所以對電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補償是該企業(yè)的重要工作。

　　該企業(yè)電力系統(tǒng)中無功電源主要來自3臺發(fā)電機、110KV外網(wǎng)系統(tǒng)，單靠發(fā)電機、外線路是不能滿足系統(tǒng)對無功電力的需求。一是外電網(wǎng)響應(yīng)慢，二是動力部3臺發(fā)電機為保證110KV線路功率因數(shù)，都運行在高無功功率狀態(tài)，事故情況下補償裕度非常有限，因此通過新上電容器組進(jìn)行無功補償是很好的選擇。

　　根據(jù)電路原理，電流在電感元件中作功時，電流滯后于電壓90o。而電流在電容元件中作功時，電壓滯后于電流90o。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180o，兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。感性負(fù)荷的有功電流IH與電壓U同相位，假設(shè)電感和電容的合成電流為I1，無功功率為Q1，功率因數(shù)cosφ1，各相量的相位關(guān)系如下圖。

圖1 感性負(fù)荷并聯(lián)電容器前后各向量相位圖

　　由圖1可得，在電感兩端并聯(lián)電容器后，電壓滯后于容性無功電流IC為90°(其無功功率為QC)，總無功電流I'L=IL+IC。因為IL與IC相位相反，故IL減小到I'L，而IH與IL的合成電流I2小于電容器補償前I1的值，功率因數(shù)也由cosφ1提高到cosφ2，可得電容器補償后的無功功率為Q2=Q1-QC。

　　3 電容器無功補償效益分析

　　為了優(yōu)化熱電站35kV系統(tǒng)無功，使系統(tǒng)功率因數(shù)不低于0.9，確保系統(tǒng)電壓質(zhì)量。動力部在2011年10月新上電容器補償裝置24000kvar，對全廠35KV系統(tǒng)進(jìn)行無功功率集中補償，將高壓電容器組集中裝在35KV高壓開關(guān)站內(nèi)。補償電容器共分為四組，每組60kvar，分別安裝在35KVI段和II段。本文通過投入電容器補償裝置前后四個月數(shù)據(jù)的研究，對無功補償?shù)男б鎻囊韵聨讉€方面進(jìn)行分析。

　　3.1提高系統(tǒng)功率因數(shù)

　　自2011年12月7日投入三組電容器補償裝置后，動力部熱電系統(tǒng)總進(jìn)線功率因數(shù)提高了1.3個百分點。功率因數(shù)提高后，電費開支大幅減少。補償前，由于熱電系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)不到電業(yè)局的要求(電業(yè)局要求0.9以上，若低于0.9加收費用，若高于0.9，將按高出百分點減免電費)，經(jīng)常被罰款。動力部安裝電容器補償裝置后，不但沒有罰款，每月還獲得相應(yīng)額度的獎勵。

　　根據(jù)電力系統(tǒng)供電方式的無功經(jīng)濟(jì)量計算方法，每安裝1000kvar并聯(lián)電容器裝置，當(dāng)處在功率因數(shù)為0.9時，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量為0.062千瓦/千乏，則每小時可節(jié)電62度，用電容器總?cè)萘繛?4000kvar折算，節(jié)電為1500度，全年按實際運行8700小時計算，可節(jié)電130萬度，每度電成本按0.53元計算，全年節(jié)電價值為70萬元。

　　3.2降低線路損耗

　　電流下降表明在系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小，從而節(jié)省了能耗，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。當(dāng)電流通過電阻為R的線路時，其功率損失為：

　　△P=3I2R×10-3(kW)

　　或=P2+Q2U2/R×10-3（kW）

　　式中：I—流過線路的電流，A；Q—線路傳輸無功功率，kVA；

　　cosφ—線路負(fù)荷的功率因數(shù)。

　　由于有功損耗與cos2φ成反比，所以提高功率因數(shù)cosφ可以大大降低損失。

　　3.3提高變壓器利用率

　　動力部高壓變壓器一共6臺，2臺系統(tǒng)側(cè)高壓變110KV/35KV，3臺發(fā)電機-變壓6KV/35KV，1臺高備變110KV/35KV，投入電容器無功補償后，系統(tǒng)功率因數(shù)的提高，不但減少了線路損耗，還使變壓器功率因數(shù)得以提高，大大降低了變壓器的銅損耗。經(jīng)統(tǒng)計，35kV系統(tǒng)實施功率因數(shù)補償措施后，變壓器平均功率因數(shù)從0.7提高到0.9附近，使得有功損耗降低20%~40%，每年減少系統(tǒng)變線損耗160萬元。但由于發(fā)電機側(cè)變壓器工作于高負(fù)荷狀態(tài)下，當(dāng)停機后，由于熱脹冷縮，發(fā)電機出口的絕緣管型母線與1#變壓器和2#變壓器連接處出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。目前動力部技術(shù)組正在尋找解決方案。

　　3.4挖掘發(fā)電設(shè)備潛力

　　3.4.1提高發(fā)電機功率因數(shù)

　　在發(fā)電機容量不變的情況下，提高功率因數(shù)就可少發(fā)無功，多發(fā)有功。多發(fā)的有功功率△P計算如式（1）：△P=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(1)

　　其中，P為功率因數(shù)提高前的有功功率；P1為功率因數(shù)提高后的有功功率；cosφ、cosφ1為電容器補償前、后的功率因數(shù)；S為用電設(shè)備的額定容量。

　　該企業(yè)電力系統(tǒng)采取無功補償后，動力部3臺發(fā)電機就可少發(fā)無功，多發(fā)有功，實現(xiàn)銘牌出力，而不需要將無功功率設(shè)置的過高。發(fā)電機在保證供汽情況下，動力部1#發(fā)電機、3#發(fā)電機的功率因數(shù)均達(dá)到0.92，兩臺機的有功功率根據(jù)公司實際負(fù)荷要求在4.5~5萬之間長周期、正常運行，現(xiàn)階段2臺發(fā)電機發(fā)電量超過2011年的3臺機發(fā)電量。電容器補償后一旦出現(xiàn)一臺機組甩負(fù)荷，另外兩臺機組也能快速的響應(yīng)，大幅度的提高無功功率，維持系統(tǒng)電壓，在外電網(wǎng)出現(xiàn)短路的情況下，也能迅速補出無功缺口，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。

　　功率因數(shù)提高后，發(fā)電設(shè)備出力得以提升，去除了以往通過發(fā)電機組提升系統(tǒng)無功的瓶頸，發(fā)電機功率因數(shù)長期低于額定功率因數(shù)0.8的情況得以解決，長時間低功率因數(shù)運行致使發(fā)電機壽命縮短的隱患也得以去除。

　　3.4.2 減少無功功率

　　系統(tǒng)需要的有功不變，若需要的無功減少，則需要投入的用電設(shè)備容量S1也將相應(yīng)減少，減少量△S如式（2）：

　　△S=S-S1=P(1/cosφ-1/cosφ1)(2)

　　減少供電設(shè)備容量占原容量S的百分比為

　　△S/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1)(3)

　　電容器投入前，動力生產(chǎn)管理部運行發(fā)電機的總無功發(fā)電量約為6.8萬kW，發(fā)電機功率因數(shù)平均為0.72，電容器投入后，運行發(fā)電機的總無功發(fā)電量約為4.6萬kW，發(fā)電機功率因數(shù)平均為0.95。由電容器投入前后發(fā)電機的總無功發(fā)電量可以看出，無功減少量達(dá)到2.2萬kW，電容器補償效果比較顯著。由式（3）也可得，△S/S為24.5%。

　　4安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

　　4.1產(chǎn)品概述

　　AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

　　AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

　　4.2產(chǎn)品選型

　　AZC系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實物展示

5結(jié)束語

　　通過上述分析，采用并聯(lián)電容器實現(xiàn)無功補償?shù)男б媸遣谎远鞯?。單從費用上說，動力部新上電容器組投資近兩百萬元，預(yù)計不到五年就能收回全部投資，如果考慮到電力部門獎勵的可能，將會更短。通過對新上電容器組對無功負(fù)荷的較好補償,不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,而且可以降低網(wǎng)損,取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合在一起，使我廠35KV主網(wǎng)電氣系統(tǒng)的潛能得以充分發(fā)揮。由此可見，這個項目對企業(yè)的挖潛提效工作是有益的。

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