淺談工廠供配電系統(tǒng)無功補償

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個部分，前者是電氣設(shè)備直接消耗的電能，后者是建立磁場和電場占用的電能，為了降低整個系統(tǒng)的功耗，一般會采用無功補償系統(tǒng)。該文首先分析了供配電系統(tǒng)無功補償?shù)囊饬x，然后介紹了工廠供配電系統(tǒng)無功補償?shù)念愋?，最后闡述了無功補償裝置的選擇方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：工廠;供配電系統(tǒng);無功補償;裝置選擇

中圖分類號：TM714? ? 文獻標志碼：A

在供電系統(tǒng)中，應(yīng)用無功補償能提高電網(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，電感負載均要補償大量的無功功率，提供途徑有2種：一是由輸電系統(tǒng)提供，二是由補償電容器提供。采用第一種方案，系統(tǒng)設(shè)計時要綜合考慮有功功率、無功功率，會增加變壓器和線路的損耗，降低了經(jīng)濟效益。采用第二種方案，只需和補償電容器進行并聯(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)合個人工作實踐，探討了無功補償在工廠供配電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

1 供配電系統(tǒng)無功補償?shù)囊饬x

1.1 減少電費支出

工廠生產(chǎn)期間，電費支出是一項重要的成本，減少電費支出，可以提高經(jīng)濟利潤。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個部分。對供配電系統(tǒng)進行無功補償，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、提高生產(chǎn)利潤。結(jié)合國家的電價制度，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;高于該數(shù)值，會獎勵性減少電費。

1.2 改善電壓質(zhì)量

隨著供配電系統(tǒng)的無功功率增加，整個工廠的電壓損失量會加大，繼而影響電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行，增加了故障發(fā)生率。通過無功補償，可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，進一步穩(wěn)定負載電壓，確保電氣設(shè)備穩(wěn)定運行，減少后期維修、養(yǎng)護工作量，延長設(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，容量大小是一個關(guān)鍵要素。系統(tǒng)進行無功補償后，變壓器的視在功率明顯降低，對于工廠而言，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

對供配電系統(tǒng)進行無功補償，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，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)運行來看，無功功率得到補償后，負荷需要的無功功率不再從電源獲取，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)備的運行潛力。

2 工廠供配電系統(tǒng)無功補償?shù)念愋?/p>

2.1 高壓集中補償

高壓集中補償適用于6 kV～10 kV的大中型工廠，供配電系統(tǒng)的特征是負荷波動大、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準范圍內(nèi)，實現(xiàn)減小電耗的目標。結(jié)合實際情況，高壓集中補償在工廠中的補償效果差，但優(yōu)點是投資小、施工簡單、方便維護，因此目前應(yīng)用比較普遍。

2.2 低壓集中補償

低壓集中補償適用于各種規(guī)模的工廠，主要是使用大功率晶閘管投切開關(guān)，對多級電容組進行快速投切，從而穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。從結(jié)構(gòu)組成來看，低壓無功集中補償裝置包括：①控制器;②無觸點開關(guān)組;③并聯(lián)電容器組;④電抗器;⑤放電裝置;⑥保護回路等，實現(xiàn)了機電一體化設(shè)計。工作原理是監(jiān)測供配電系統(tǒng)電壓、無功功率的變化，如果電壓低于供電標準，或者無功功率滿足電容器組的投切條件，此時控制器就會發(fā)出投切指令。結(jié)合實際情況，該補償方式的接線清晰，運行管理和后期維護工作量小，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 分散就地補償

分散就地補償，主要用在工廠內(nèi)耗電量大的設(shè)備中，是針對該設(shè)備采用的單獨無功補償方式，一般將分散補償裝置安裝在用電設(shè)備的旁邊，能和該設(shè)備同時運行、同時斷開。相比于高壓、低壓集中補償，可獲得良好的補償效果，既能維持系統(tǒng)的電壓水平，又能實現(xiàn)降耗的目標。結(jié)合實際情況，該補償方式不能盲目使用，關(guān)鍵點總結(jié)如下：①在輕負荷時，要避免過補償，倒送無功會增加功率損耗，影響運行經(jīng)濟性;②功率因數(shù)越高，每千伏補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就是合理補償;③不能用在大容量電氣設(shè)備中，因為大容量電氣設(shè)備會產(chǎn)生高次諧波，分散就地補償后會增加諧波次數(shù)，降低了供電質(zhì)量;④不宜用在電動機頻繁啟動的設(shè)備、正反轉(zhuǎn)輪換的設(shè)備中，會帶來不必要的電耗;⑤分散就地補償期間，要配置專用的電力電容器，使用普通電力電容器會提高投資成本。

3 工廠供配電系統(tǒng)無功補償裝置的選擇

3.1 普通補償裝置

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

3.2 串聯(lián)電抗器

隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模擴大，供配電系統(tǒng)的波動性增強，帶有沖擊性負荷。電氣設(shè)備運行期間，會產(chǎn)生大量諧波，導(dǎo)致整個電網(wǎng)的電壓波動，甚至出現(xiàn)閃變、三相不平衡等問題。從電容器的特點來看，雖然具有抗諧波能力，但也會放大諧波，增大電容器的損壞程度。對此，針對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，但是價格昂貴，其運行可靠性有待驗證;無源濾波器結(jié)構(gòu)簡單，但占地面積大，會耗費大量銅線、電容器，而且系統(tǒng)負載發(fā)生變化，會削弱濾波效果。

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)，實時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)字信號處理器，計算出電網(wǎng)的無功功率，繼而實現(xiàn)無功功率的補償。以靜止無功發(fā)生器（SVG）為例，是由檢測模塊、控制運算模塊、補償輸出模塊組成。運行時，首先外部CT檢測供配電系統(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)出補償驅(qū)動信號，由逆變回路發(fā)出補償電流。SVG的特點實現(xiàn)了無功補償?shù)膭討B(tài)性、連續(xù)性，既能補償感性無功，又能補償容性無功，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，介紹了高壓集中補償、低壓集中補償、分散就地補償?shù)膽?yīng)用。選擇無功補償裝置時，應(yīng)根據(jù)普通補償裝置、串聯(lián)電抗器、無功發(fā)生器的不同，制定合適的補償方案，保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，提高工廠的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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