偿优化分析
陈小飞
电网中的供、用电设备如变压器、电动机等,大部分属于感性负荷,在电磁转换过程中需要消耗大量的无功功率,如此多的无功功率如果全部由外部供电系统供给,那么势必会造成区域电网损耗增大、设备利用率降低、电压质量变差、功率因数降低力率电费增加等一系列问题,在大幅抬升用电成本的同时也给设备的安全、可靠用电也带来了隐患。
本着无功功率就地平衡的原则,通过分层、分区合理、经济设置电力电容器无功补偿装置,为无功负荷提供无功电源,是解决电网无功功率平衡的主要手段。
一、无功功率平衡及其意义
成州锌冶炼厂在满负荷生产状态下,电网关口侧实测总有功需用负荷为P=50MW,无功需用负荷为Q1=35MW,自然功率因数为cosφ
1
=0.82,那么视在功率:
S1=
QP=1=61MVA cos1sin1如需将功率因数提高至cosφ2=0.96,则需装设的补偿容量为: Qc=P(tanφ1- tanφ2)=Q1(1- tan2)=20Mvar
tan1目前,从固定资产投资收益及提高电压质量和电网运行效率等方面综合考虑,全厂共装设集中补偿装置15.5 Mvar。电网关口侧功率
因数应为:
cosφ3=
PP2(Q1Q2)2=0.99
因电容器容量与电压的平方成正比,以及补偿串联电抗器所需的感性无功,实际无功出力为12 Mvar,电网关口侧实际功率因数为cosφ4=0.98。补偿后,总用电负荷所需视在功率S2为51MVA。
通过装设无功补偿装置,提高了设备利用率,降低了电能损耗: 1、可节约供电设备容量
△
S=S1-S2=10MVA
2、可多带有功负荷
△P=P(
11-)=9.8MW
cos1cos43、改善电能质量
△
U=
(PRQX) U从上式可以看出,线路输送的无功负荷Q降低后,线路电压损失将明显减小,电能质量得以改善,这对于成州锌冶炼厂目前单电源、长距离的供电方式来说具有很大的实际意义。
4、可降低输配电元件功率损耗
△
P=(
1-1)%=2% cos4仅全厂变压器每年就可节约有功损耗17.8万度。
5、功率因数提高后,每年可获得供电公司力率电费奖励120万元,节约了电费支出成本。
二、无功用电负荷分布
成州锌冶炼厂无功用电负荷主要为4套硅整流系统,其次为三相异步电动机和变压器。无功用电负荷分布见下表:
序号 1 2 3 设备名称 电解硅整流系统 三相异步电动机及熔锌电炉 变压器 合计 无功功率(Mvar) 20 10.5 4.5 35 无功占比 57% 30% 13% 100% 三、无功补偿构成及配置
成州锌冶炼厂无功补偿按照分层、分区补偿的原则,主要由变电站10KV集中补偿和0.4KV低压电网分区补偿构成。
成州锌冶炼厂无功补偿配置图
成州锌冶炼厂无功补偿配置:
1、变电站集中补偿均在主变的10KV侧母线装设电力电容器进行补尝,为限制合闸涌流,补偿回路串接有电抗器,补偿容量按照主变容量的20%进行配置,其中硅整流系统补偿回路通过对补偿元件的调整,兼具有滤波和补偿的双重功效,在实现5次、7次谐波吸收的同
时对硅整流系统工频无功进行了补偿。无功补偿控制通过SVC静止无功补偿控制器按照母线电压、无功功率所组成的投退区间进行电容器组的动态投切,实现动态跟踪补偿。
2、0.4KV低压电网在各车间低压配电室装设有并联电容器组,补偿容量依据无功计算负荷确定,一般1000KVA的车间变配置240Kvar的无功补偿容量、1250KVA的配置360Kvar的无功补偿容量。通过装设快速无功补偿控制装置,根据负荷变化情况实时在线投切电容器组,实现了快速跟踪补偿系统基波无功,功率因数均在0.96以上。
3、对于大功率异步电动机,通过装设变频器,在提高设备运转效率,降低能耗的同时,实现了就地补偿,变频器输入侧功率因数均在0.97以上。
4、对熔锌电炉等大型感性负载设备,分别设置有平衡电容器组和补偿电容器组,电容器组的合理设置是保证设备正常运行的关键,又因为电流I的大小与功率因素cosφ的高低成反比关系,当功率因数提高至接近于1时,线路传输电流将大幅度降低,有效节约了开关设备及线缆的投资。
四、优化无功补偿的措施
1、对于消耗无功量较大的硅整流系统,因为cosφ≈cosα,α为晶闸管导通控制角,可见在输出负载不变的情况下,合理调整整流变压器的运行档位,输出较高的导通角,使晶闸管在接近全导通状态下运行,能够大大提高硅整流系统的自然功率因数。根据经验,通过
合理调整变压器档位和导通角,自然功率因数能够达到0.92。
2、变压器空载时,所消耗的大部分功率为无功功率,轻载时也会消耗一定量的无功功率,所以应及时对电网运行方式进行调整,不让变压器在空载或低负载状态下长期运行。
3、对三相异步电动机,其空载时所消耗的无功占电机总无功消耗的60%~70%,所以应尽量减少电机空载运行并提高负载率。对部分较大功率的异步电动机,通过更换为永磁同步电动机,在接近额定负载时,设备自然功率因数能够达到0.95,设备运转效率达到94.5%。
4、供电电压超出合理范围,也会对功率因数造成影响。供电电压过高时,由于磁路饱和的原因,将会使无功功率增长的很快,根据相关资料,当供电电压为额定电压的110%时,无功功率将会增加35%左右,电压降低时,无功功率会减少,但会影响设备的正常用电。所以,要采取合理措施使供电电压保持稳定。
5、强化无功补偿装置的运行、维护质量,保证设备的安全、可靠运行,为电网提供充足的无功电源。定期对电容器容量进行测试,及时更换电容量变小或不符合使用要求的电容器。根据电网电压变化情况及运行负荷情况,及时调整控制参数,提高补偿装置使用效率。
综上所述,采用电容器组进行合理的无功补偿提高功率因数,能够较大幅度地降低供配电网络损耗、提高设备利用率、节约设备投资、改善电网电压质量,是企业节能降耗、节约电费支出的有效途径。
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