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工业企业供电系统功率因数的提高

2006-08-02 10:21:50 来源:《国际电子变压器》2006年8月刊 点击:1187
工业企业供电系统功率因数的提高
To Improve Power Factor of Power Sapply System for Industrial Enterprises

锦州变压器股份有限公司    徐新    (辽宁锦州  121000)

1引言
在工业企业电力用户中,绝大部分用电设备都具有电感性,需要从电力系统吸取无功功率。除白炽灯、电阻电热器等设备负荷的功率因数接近1以外,其它如三相交流异步电动机、三相变压器、电焊机、电抗器、架空线等的功率因数小于1,特别是在轻载情况下,功率因数更为降低。
2功率因数降低,带来不良后果
用电设备功率因数降低之后,由于有功功率需要量欲保持不变,于是无功功率需要量便增加,这将带来以下许多不良的后果:
2.1增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗
若设备的功率因数降低,在保证输送同样的有功功率时,无功功率就要增加(因为),这样势必就要在输电线路中流过更大的电流,而输电线路上有功功率损耗()和电能损耗也就愈大。
2.2使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用
因为发电机或变压器都有一定的额定电压和额定容量(亦即额定电流)在正常情况下是不容许超过的。根据的关系式,若功率因数降低,则有功率出力P也将随之降低,使设备容量不能得到充分利用。
功率因数过低,还将使线路的电压损失增大(因为Q 增加,所以也增加),结果负荷端的电压就要下降,甚至会低于容许偏移值,从而严重影响异步电动机及其它用电设备的正常运行。特别在用电高峰季节,功率因数太低,会出现大面积地区的电压偏低,这对工业企业生产会造成很大损失。
3提高工业企业功率因数的方法
对于工业企业电力用户,提高其功率因数的方法如下:
3.1提高自然功率因数
提高自然功率因数的方法,指采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施。
3.1.1正确选择异步电动机的型号和容量
因为异步电动机的功率和效率在70%到满载运行时较高。例如在额定负荷时的约为0.85~0.89,而在空载时只有0.2~0.3。因此,正确选用异步电动机使其额定容量与它所带的负荷相匹配,避免“大马拉小车”的不合理运行方式,对于改善功率因数是十分重要的。
3.1.2电力变压器不宜轻载运行
电力变压器一次侧功率因数不仅与负荷的功率因数有关,而且与负荷率有关。若变压器满载运行,一次侧功率因数仅比二次侧降低3~5%左右;若变压器轻载运行,当负荷率小于0.6时,一次侧的功率因数就显著下降,可达11~18%(因为变压器激磁损耗是不随负荷变动而变化的)。所以电力变压器在负荷率为0.6以上运行时才较经济,一般应在75~80%较为合适。为了充分利用设备和提高功率因数,电力变压器不宜作轻载运行,当变压器负荷率小于30%时应更换容量较小的变压器。
3.1.3合理安排和调整工艺流程
应改善电动机的运行状况,限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转。对于负荷率不大于0.7及最大负载不大于90%的绕线式异步电动机,必要时可使用其同步化运行,即当绕线式异步电动机在起动完毕后,向转子三相绕组中送入直流励磁,产生转矩把异步电动机牵入同步运行,其运转状态与同步电动机相似。在过励磁的情况下,电动机可向电力网送出无功功率,从而达到改善功率因数的目的。
3.2采用无功补偿提高功率因数
当采用提高用电设备自然功率因数的方法后,功率因数仍不能达到《供用电规则》所要求的数值时,就需要设置专门的无功补偿设备来提高功率因数。在工业企业用户中,一般采用静电电容器作为无功补偿电源,也称“移相电容器”。同步电动机在过励磁方式运行(0.8~0.9超前)时,也可向电力系统提供无功功率,但同步电动机结构复杂,附有启动控制设备,维护工作量大,用“同步电动机作无功补偿”方案的价格明显高于“用异步电动机加电力电容器补偿”的价格。一般用户在满足工艺条件的情况下,是否采用同步电动机来提高企业的功率因数,可通过技术经济比较来决定。通常对低速、恒速且长期连续工作的容量较大的电动机:如轧钢机的电动发电机组、球磨机、空压机、鼓风机、水泵等设备宜采用同步电动机。这些设备容量一般在250千瓦以上,环境和启动条件均可满足同步电动机的要求,而且停歇时间较少,因而对改善功率因数能起很大作用。而小容量的高速同步电动机一般是不经济的,不宜采用。
3.3用静电电容器提高功率因数
用静电电容器(移相电容器)作为无功补偿以提高功率因数的用户,其移相电容器的补偿容量可用下式确定:

式中,PJ——最大有功计算负荷(千瓦);
 α——月平均有功负荷系数;
 ——补偿前、后功率因数的正切值;
 ——补偿率或比补偿率(千乏/千瓦);
在计算补偿电力电容器容量和个数时,应考虑到由于实际运行电压可能与额定电压不同,电容器能补偿的实际容量将低于额定容量,此时须对额定容量作修正。
由电工原理可知:
电容器铭牌上的额定容量是指额定电压时的无功容量,因此,当电容器实际运行电压不等于额定电压时,应按下式进行换算(实际运行电压只能低于或等于额定电压):

式中:——电容器实际运行电压时的容量(千乏)
 ——电容器的额定容量(千乏)
 U——电容器的实际运行电压(千伏)
 Ue——电容器的额定电压(千伏)
例如将YY10.5-10-1型高压电容器用在6千伏的企业工厂变电所中作无功补偿装备,则每个电容器的无功容量由额定值10千乏降为:
(千瓦)
显然除了在不得已的情况下,这种降压使用的做法应避免。
4静电电容器的补偿方式
用户的静电电容器补偿方式可分为个别补偿、分组补偿和集中补偿。
4.1个别补偿
个别补偿指将电容器直接安装在吸取无功功率的用电设备附近,这样不但可减少供电配电线路和变压器中的无功负荷,降低线路和变压器中的有功电能损耗,有时还可减少车间线路的导线截面以及车间变压器的容量。但其利用率低,投资大,所以个别补偿只适用于运行时间长的大容量用电设备,其所需补偿的无功负荷很大,并且有较长线路供电的情况。
4.2分组补偿
分组补偿指电容器组分散安装在各车间配电母线上。
4.3集中补偿
集中补偿指电容器组集中安装在总降压变电所二次侧或变配电所的一或二次侧。
根据《电力设备技术规范》要求:采用移相电容器补偿时,应尽量靠近吸取无功功率大的地方。低压移相电容器组宜分布在环境正常的车间内;高压移相电容器组布置在各变配电所内集中补偿。
对于补偿容量相当大的企业工厂,宜采用高压侧集中补偿和低压分散补偿相结合的方式。对于用电负荷分散及补偿容量较小的工厂,一般宜采用低压补偿。低压移相电容器组分散在车间内补偿,虽然能减小电气设备及线路的容量,降低电能损耗,但分散操作不够方便,初投资增大,同时有爆炸危险的车间及有腐蚀气体的车间也不允许安装电容器。故目前设计的中低压移相电容器柜亦有集中装设在低压配电间内,并且和低压配电屏并列安装。
4结束语
电力系统功率因数的高低,是一个十分重要的问题。因此,必须设法提高电力网中各有关部分的功率因数,以充分利用电力系统内各发电变电设备的容量,增加其输电能力,减少供电线路导线的截面,节约有色金属,减少电力网中的功率损耗和电能损耗,并降低线路中的电压损失与电压波动,以达到节约电能和提高供电质量的目的。

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