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淺談無功功率補償及電容器的運行分析

更新時間:2021-02-04 點擊次數(shù): 1391次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:主要對無功功率的概念、電容器的補償方式、補償容量的計算等方面進行了闡述,在此基礎(chǔ)上介紹了電容器運行的注意事項。
關(guān)鍵詞:電力電容器;補償方式 ;運行
0 引言
  筆者從進入?yún)魏厦簶I(yè)從事電工工作的那天起,就直被功率因數(shù)低、線損率高的老大難問題所困擾。而在此之前,聽說已有許多同事由于無法長期忍受功率因數(shù)低的罰款而紛紛申請調(diào)離了電工崗位。那時,筆者對功率因數(shù)這個概念尚知之甚少,更不懂得如何才能提高功率因數(shù),當時的電力主管部門也沒有對無功補償進行深入細致的研究和探討,而是采取了對用電負荷進行拉合閘的制度——每天派出專人,對生產(chǎn)工作面實行白天合閘、晚上拉閘,對外轉(zhuǎn)供用電實行白天拉閘、晚上合閘。就這樣,日復(fù)日,年復(fù)年,時間長達數(shù)年之久,非但沒有使功率因數(shù)提高,還影響了生產(chǎn)的正常秩序,影響了企業(yè)同周邊村民的關(guān)系,執(zhí)行拉合閘制度的員工更是苦不堪言。在此期間,也曾進行過電容器組的集中補償,但由于線路過長、負荷較散等方面的原因,對提高功率因數(shù)起得作用不大,~直沒能達No.9的標準。自從我公司于2009年進行電網(wǎng)升壓改造、大量使用了成套的電力電容器補償裝置后,這局面才有了根本性的改變?;叵脒@經(jīng)歷,雖然覺得很無奈,但它卻反映了個時期由于技術(shù)條件和人員素質(zhì)方面的原因,給企業(yè)帶來不小損失的真實狀況,值得我們深深地進行反思。下面,筆者將把我公司在無功功率補償方面進行曲折探索的經(jīng)驗得失,結(jié)合自己對無功補償相關(guān)知識的認識寫下來,以便能使我們在今后的工作中少走彎路,避免些不必要的損失,同時希望給同行提供個可借鑒的實例。
1 我公司早期在提高功率因數(shù)方面的做法
1.1拉合閘制度
  我公司的電源供給是楚雄州電力公司呂合變電站,電網(wǎng)電壓6kV,線路全長4000多m,由于導(dǎo)線截面過細,線損相當嚴重;加之我公司是個有40多年歷史的老企業(yè),用電設(shè)備都是些淘汰的產(chǎn)品,功率因數(shù)低。這時期的電力技術(shù)人員沒有從這實際出發(fā),沒有從根本上找功率因數(shù)低的原因,而是盲目地采取了沒有科學(xué)依據(jù)的限電措施,不僅沒有使功率因數(shù)提高,每月照樣是大額的罰款,還要為此支付拉合閘人員的工資,還因為頻繁的拉合閘而頻繁更換高壓開關(guān),從而增加了用戶的負擔和管電人員的維護工作量,真可說是得不償失。1.2電容器補償?shù)膰L試
  在堅持拉合閘制度的同時,也曾進行過電容器補償?shù)挠幸鎳L試。主要方法是并聯(lián)電容器的個別補償和集中補償:(1)對3臺高壓電鏟和生產(chǎn)工作面的用電負荷進行個別補償,分別在這些用電設(shè)備的負荷側(cè)并聯(lián)了電容器組進行無功功率的補償。剛開始投入運行時,功率因數(shù)有了定的提高,但運行了年之后,這些設(shè)備就被淘汰了。主要原因是由于維護管理不善,加之生產(chǎn)工作面移動性強,振動又大,粉塵污染嚴重,導(dǎo)致控制設(shè)備和電容器損壞嚴重。實踐證明此補償方式不可行,就只能放棄。(2)在6kV供電線路負荷較集中的地方安裝了電容器組進行高壓補償。由于供電線路過長,導(dǎo)線截面又普遍偏小,雖然這補償方式直持續(xù)到電網(wǎng)升壓改造之前,但線損依然很大,功率因數(shù)也直沒有達到0.9以上。
1.3自我總結(jié) 
  無功功率補償是門專業(yè)性較強的技術(shù),在進行安裝設(shè)計時須掌握無功補償?shù)南嚓P(guān)知識和原理,并進行認真細致的論證和探討,不能隨意而為,更不能盲目地進行。否則,不僅
影響企業(yè)的生產(chǎn)秩序,還會給企業(yè)帶來不小的經(jīng)濟損失和負面影響。 
2 無功功率補償?shù)幕靖拍?/strong>
  在電力系統(tǒng)中,除輸送有功功率外,還要輸送無功功率。用戶中絕大多數(shù)用電設(shè)備,如感應(yīng)電動機、變壓器和電焊機等,它們都要從電網(wǎng)吸收大量無功電流來產(chǎn)生交變磁場。另外,如架空線路、各種感應(yīng)器具、儀表等也消耗部分無功功率。除發(fā)電機產(chǎn)生無功電源外,線路電容也產(chǎn)生部分電源,但這些電源往往不能滿足電網(wǎng)對無功功率的需要。無功功率不足會造成用電設(shè)備得不到充分利用,電能損耗增加,從而限制了線路的輸電能力。從另方面來說,無功功率不足將直接導(dǎo)致用戶功率因數(shù)降低,對于我公司來說,功率因數(shù)低于0.9時,將被電力部門懲罰。因此,用補償辦法解決電網(wǎng)無功功率不足的問題,是保證電力系統(tǒng)和設(shè)備經(jīng)濟運行的重要措施。
3 電力電容器的補償原理
  對于個企業(yè)來說,要提高全廠的功率因數(shù),常常采用在廠變電所配電線路上并聯(lián)電容器的方法。在電感性負載兩端并聯(lián)適當容量的電容器后會使電源供給的總電流大大減少,它比負載上的電流還要小。這是因為電容支路的無功電流和電感支路的無功電流相位相反,即當線圈中的磁場要消失而向電源送回電流時,電容器恰好需要充電電流,因此線圈中的大部分無功電流就不用送回電源,而直接送給電容器便可。反之,當電容器的電場要消失而要向電源送回電流時,線圈正好需要無功電流建立磁場,于是電容器的電流也就不用送回電源,直接送給線圈就行了。這樣來,電源只要供給有功電流和少量的無功電流即可。這時,線圈所取用的電流仍不變,線路上的總電流卻減少了。由于并聯(lián)了電容器,總電流與電壓間的相位差減小,于是功率因數(shù)得到了提高。
  采用并聯(lián)電容器的方法來補償無功功率,從而提高功率因數(shù),降低線損,改善電壓質(zhì)量,目前應(yīng)用較為廣泛。當前,并聯(lián)電容器都是現(xiàn)成的成套設(shè)備,運輸、安裝、維護都很方便,在控制上采用的都是自動控制,能適時根據(jù)用戶負載的變化而進行投切,有效防止了欠補或過補現(xiàn)象的發(fā)生。
4電力電容器補償?shù)奶攸c
(1)點:無旋轉(zhuǎn)部件,不需專人維護管理,安裝簡單;可以做到自動投切,按需要增減補償量;有功功率損耗小等。
(2)缺點:電力電容器電壓特性不好,電壓波動對其影響較大;壽命短,損壞后不易修復(fù);補償電容器的運行管理困難及電容器運行的問題未受到重視等。不管怎樣,并聯(lián)電容器的點是主要的,其正被廣泛用來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。
5電容器的補償方式所謂補償方式
  就是電容器裝在何處補償效果好。為了保證電網(wǎng)經(jīng)濟運行和用戶正常用電,先要從減少無功功率在電網(wǎng)中的流動著手。因此,無功補償?shù)幕驹瓌t就是就地供應(yīng),盡量做到電網(wǎng)少送無功負荷。為此在用戶端安裝電容器,就地滿足用戶對無功功率的需要。我公司2009年進行電網(wǎng)升壓改造時,把無功功率補償?shù)膯栴}作為重中之重。特別是在選擇補償方式上,更是進行了反復(fù)的論證和探討,在總結(jié)前期經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合我公司用電負荷的分布情況,采取了高壓集中補償和個別補償相結(jié)合的補償方式。
5.1高壓集中補償
  我公司采場的電源由臺固定式的1250kVA變壓器提供,電壓6kV,采用架空線路分配到各個高壓用電設(shè)備。將電容器裝在采場電源的6kV母線上,電容器的利用率得到了提高,減少了電力架空線路及用戶主變壓器的無功負荷。加之采場內(nèi)的用電設(shè)備移動性較強,用電環(huán)境粉塵、振動較大,采用集中補償是種比較科學(xué)、合理的補償方式。
5.2個別補償
  個別補償是在電網(wǎng)末端負荷處補償,可以減少線路損耗,節(jié)省有色金屬消耗量。對感應(yīng)電動機的個別補償是以空載時補償?shù)焦β室驍?shù)接近1為準。個別補償利用率低,易受環(huán)境條件的影響,適用于長期穩(wěn)定負荷且需無功功率較大的負載。我公司對上下生活區(qū)臺變及線路末端的各個抽水站進行的就是個別補償。
  我公司采用以上無功功率補償措施后,運行效果相當明顯,每月的功率因數(shù)都達到了0.9以上。
6電容器補償容量的計算
7 電力電容器的運行 
(1)允許運行電流:電容器應(yīng)在額定電流下運行,由于運行電壓升高或電源電壓的畸變,使電容器的電流增加時,不得高于其額定電流的l_3倍。對于電容值具有正偏差的電容器,過電流允許達到額定電流的1.37倍。
(2)允許運行電壓:電容器的壽命會隨電壓的升高而縮短,因此須嚴格控制電容器的運行電壓。電容器的額定電壓應(yīng)不低于所接入的系統(tǒng)的運行電壓,并且還要考慮接入電容器后所引起的電壓升高。為降低諧波及其他影響而接入串聯(lián)電抗器時電容器端子上電壓將高于系統(tǒng)運行電壓,此時有必要選用額定電壓較高的電容器,具體如表1所示。
表1  電力電容器的過電壓標準
(3)合閘問題:電容器組切除后,須經(jīng)過3min后方能再次合閘。規(guī)程之所以這樣規(guī)定,是因為選擇放電電阻是按30S內(nèi)、電容器端電壓小于65v,在3min內(nèi)電荷般是能放盡的。
(4)運行電容器的外觀應(yīng)每天進行檢查,如發(fā)現(xiàn)箱殼鼓肚變形、發(fā)熱冒煙等異?,F(xiàn)象,應(yīng)停止使用,以免發(fā)生事故。
(5)電容器在運行過程中旦出現(xiàn)報警、保護裝置動作等情況,應(yīng)查明原因,在未查明原因前,不得重新投入運行。
8安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹
8.1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,線路保護單元,兩臺共補或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?/div>
  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)過投切,具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。
8.2產(chǎn)品選型
AZC系列智能電容器選型:
AZCL系列智能電容器選型:
 
8.3產(chǎn)品實物展示
 
AZC系列智能電容模塊       AZCL系列智能電容模塊
 
安科瑞無功補償裝置智能電容方案
9結(jié)束語
  隨著企業(yè)的不斷發(fā)展,電力負荷只會不斷增加。要使電網(wǎng)經(jīng)濟運行,提高供電質(zhì)量,就要求我們電力技術(shù)人員要有嚴謹?shù)?、絲不茍的工作作風,本著為社會服務(wù)、對企業(yè)負責的態(tài)度,不斷加強對專業(yè)知識的學(xué)習(xí),掌握更多的新技術(shù)和新工藝,從而為企業(yè)的節(jié)能降耗做出自己應(yīng)有的貢獻。
參考文獻 
[1]勞動部培訓(xùn)司.電力系統(tǒng)及運行[M].北京:勞動人事出版社,1988.
[2]萬世紅.無功功率補償及電容器的運行分析.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.
 
 
作者簡介:
劉細鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。主要從事智能電力電容器產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用

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