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無功就地補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用研究

張延華

（國(guó)網(wǎng)福建長(zhǎng)汀縣供電有限公司，福建 龍巖 366300）

隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源浪費(fèi)問題卻日趨嚴(yán)峻，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境之間存在著日趨尖銳的矛盾，對(duì)節(jié)能減排工作提出更高的要求，在電力能源方面，電力資源的節(jié)約是當(dāng)今尤為突出的工作，下面簡(jiǎn)要分析了無功就地補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)在節(jié)約電力資源應(yīng)用。

無功就地補(bǔ)償；節(jié)電技術(shù)；應(yīng)用

1 前言

無功功率的產(chǎn)生基本上不消耗能源，但是，無功功率沿電力網(wǎng)傳送卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。所謂提高功率因數(shù)，不是指給負(fù)載，而是指給負(fù)載供電的電力系統(tǒng)提高功率因數(shù)。具體來講，無功補(bǔ)償指的是利用電容器產(chǎn)生的超前無功電流和電感性負(fù)荷產(chǎn)生的滯后無功電流相互補(bǔ)償。如果把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷卻在吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間互相交換。這樣，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償。

2 問題研究

2014年某供電局對(duì)五家有代表性的工業(yè)用戶（用電設(shè)備在50kW以上）進(jìn)行了節(jié)電測(cè)試和節(jié)能診斷，測(cè)試內(nèi)容包括運(yùn)行電壓、運(yùn)行電流以及有功功率、無功功率和視在功率等進(jìn)行了分析和研究，同時(shí)，對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)用電設(shè)備運(yùn)行工況也進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，進(jìn)行了節(jié)能診斷。

根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料表明，在企業(yè)電網(wǎng)中循環(huán)的無功功率，可以達(dá)到有功功率的65%以上，因此，在環(huán)流無功功率的過程中，就會(huì)導(dǎo)致極大的有功損耗。我們知道，接在電網(wǎng)中的許多用電設(shè)備是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。例如，通過磁場(chǎng)，變壓器才能改變電壓并且將能量送出去，電動(dòng)機(jī)才能轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)械負(fù)荷。磁場(chǎng)所具有的磁場(chǎng)能是由電源供給的，電動(dòng)機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場(chǎng)。在一定的有功功率下，當(dāng)用電企業(yè)cosθ越小，則所需要的無功功率越大，其視在功率也越大。為滿足用電的需要，供電線路和變壓器的容量也越大。

針對(duì)以上情況，首先通常將自然補(bǔ)償法給應(yīng)用過來，對(duì)電動(dòng)機(jī)容量合理選擇，這樣電動(dòng)機(jī)無功消耗就可以得到降低，避免有大馬拉小車問題的出現(xiàn)；不允許出現(xiàn)電機(jī)或者設(shè)備的空載運(yùn)行；對(duì)變壓器合理配置，并且對(duì)變壓器容量合理選擇；對(duì)生產(chǎn)班次進(jìn)行調(diào)整，促使用電負(fù)荷得到均衡，實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷率得到提升的目的。

3 無功的危害

企業(yè)的用電設(shè)備大部分都是感性負(fù)載，0.6～0.7之間往往是設(shè)備的功率因數(shù)，對(duì)于供電系統(tǒng)來講，這樣的功率因數(shù)是較低的。在工作的過程中，用電設(shè)備有著越低的功率因數(shù)，那么就需要越大的無功功率和無功電流。

具體來講，無功功率和無功電流會(huì)造成這些危害：增大系統(tǒng)的總電流，那么就會(huì)增大系統(tǒng)中元件的容量，如變壓器、電氣設(shè)備、導(dǎo)線等，在較大程度上增加投資費(fèi)用。如果輸送的有功功率是相同的，那么就會(huì)大大的增加設(shè)備和供電線路的損耗，越低的功率因數(shù)，就會(huì)造成越大的損耗。還會(huì)增大線路以及變壓器的電壓損失，增加了調(diào)壓的難度，降低電壓，如果情況較為嚴(yán)重，還會(huì)影響到設(shè)備的正常啟動(dòng)。供電公司在電費(fèi)結(jié)算過程中，非常重要的一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就是功率因數(shù)，除電網(wǎng)有特殊要求的用戶外：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上。如：高壓供電的用戶功率因數(shù)在0.9以下，那么就會(huì)對(duì)功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)進(jìn)行加收；如果在0.9以上，就會(huì)給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)。

4 補(bǔ)償無功功率的原理

圖1

電力系統(tǒng)中的負(fù)載，大部分是感性的。因此總電流I將滯后于電壓一個(gè)角度θ。如果將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)（補(bǔ)償原理如圖1所示），則電容器的電流IC將抵消一部分電感電流，從而使電感電流IL減小到IL′,總電流從I減小到I′，功率因數(shù)將由cosθ提高到cosθ′，這就是并聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

5 提高功率因數(shù)補(bǔ)償容量計(jì)算

在有功功率已經(jīng)確定的條件下將功率因數(shù)由cosθ1從提高到規(guī)定的數(shù)值cosθ2需補(bǔ)償?shù)臒o功功率QC，根據(jù)功率補(bǔ)償圖中功率之間的向量關(guān)系，可求出無功補(bǔ)償容量QC為：

Qc=Ptgθ1-Ptgθ2=P（tgθ1-tgθ2）（kvar）或

式中：P——最大負(fù)荷月的平均有功功率，kW；

tgθ1、tgθ2——補(bǔ)償前后功率因數(shù)角的切值；

cosθ1、cosθ2——補(bǔ)償前后功率因數(shù)值。

補(bǔ)償?shù)碾娙葜禐椋?/p>

式中：f——電流頻率（HZ），工頻時(shí)為50HZ；

U——電源電壓（V）；

C——并聯(lián)電容量（μF）。

為了正確地選擇補(bǔ)償電容器，首先應(yīng)了解補(bǔ)償前的平均功率因數(shù)，然后再考慮是否需補(bǔ)償，對(duì)已投產(chǎn)的一年以上的工廠來說，可根據(jù)過去一年的電能消耗來計(jì)算補(bǔ)償前的平均功率因數(shù)，即

式中：Ppj——年平均有功負(fù)荷（kW）

Qpj——年平均無功負(fù)荷（kvar）

Wn——年有功電度（kW·h）

Vn——年無功電度（kvar·h）

8760——全年的小時(shí)數(shù)365*24小時(shí)

Wn和Vn均可由工廠過去一年的電能消耗量（用電量）記錄資料查得，也可根據(jù)無功電度和有功電度的比率查“比率與功率因數(shù)對(duì)照表”直接查到補(bǔ)償前的平均功率因數(shù)cosθ。

求得平均功率因數(shù)后，需補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘縌c為：

Qc=P（tgθ1-tgθ2）

按經(jīng)驗(yàn)上式可變?yōu)?/p>

Qc=P（tgθ1- tgθ2）= αPpj△Qc

式中：α——負(fù)荷系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)上取0.7～0.8

△Qc——每千瓦有功功率所需補(bǔ)償?shù)碾娙萜鞯臒o功容量（kvar/kW）

△Qc可發(fā)根據(jù)補(bǔ)償前的平均功率因數(shù)cosθ1和補(bǔ)償后的功率因數(shù)cosθ2從表“比率與功率因數(shù)對(duì)照表”中查得，并取比率值之差就可得到。

結(jié)語(yǔ)

通過上文的敘述分析我們可以得知，隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償在實(shí)踐過程中逐漸暴露出來了一系列的問題，除電網(wǎng)需進(jìn)行無功補(bǔ)償外，用戶端也需要充分應(yīng)用無功就地補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)。

[1]趙曰營(yíng)．無功就地補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用[J]．山東煤炭科技，2011，02（04）：123-125．

[2]肖桂川．無功就地補(bǔ)償在磚廠的應(yīng)用[J]．廣西節(jié)能，2002,02（01）：44-46．

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