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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司
摘要:隨著中經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,企業(yè)對(duì)供電的需求與電力設(shè)備的質(zhì)量提出了更高的要求,電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與電能質(zhì)量、無(wú)功功率有著密不可分的關(guān)系,本文就低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述與研究,并介紹了無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用。
關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量 無(wú)功功率 無(wú)功補(bǔ)償 設(shè)計(jì) 應(yīng)用
0 引言
近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,電能質(zhì)量管理的概念在各大企業(yè)中得到了廣泛的關(guān)注,“用電、用電質(zhì)量、用電經(jīng)濟(jì)”理念深入人心,無(wú)功功率補(bǔ)償作為電能質(zhì)量管理的重要組成部分,也成為了廣大電力人研究的方向。家對(duì)于無(wú)功功率不達(dá)標(biāo)的企業(yè)更加是使用了鐵腕政策,力率電費(fèi)也成為了些用電企業(yè)的負(fù)擔(dān)。本文針對(duì)此種情況,對(duì)低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與選型進(jìn)行了闡述與分析,并舉例說(shuō)明了低壓無(wú)功功率裝置在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行與應(yīng)用。
1 有功功率和無(wú)功功率
在交流電路中,由電源供給負(fù)載的電功率有兩種;種是有功功率,種是無(wú)功功率。
有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率,也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。
無(wú)功功率比較抽象,它用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換,并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。
視在功率、有功功率、無(wú)功功率的關(guān)系可以從功率三角形上得出,公式如下所示:
舉個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō),電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率,才能使變壓器的次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),在二次線圈感應(yīng)出電壓。
因此,無(wú)功功率不是無(wú)用功率,它在電力系統(tǒng)中占據(jù)了個(gè)重要的位置。沒(méi)有無(wú)功功率,電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),變壓器也不能變壓,交流接觸器不會(huì)吸合。
2 低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置簡(jiǎn)介
低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置,在電力供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù),降低供電變壓器及輸送線路的損耗,提高供電效率,改善供電環(huán)境。所以無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在個(gè)*的位置。合理的選擇低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置,可以zui大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗,使用戶(hù)用電質(zhì)量提高。反之,不合理地選擇或者使用方法不當(dāng),也有可能會(huì)造成供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)、閃變、諧波放大等多種不可控的因素。
3 無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理
從功率三角形可以看出,用戶(hù)的變壓器容量(S)是固定的,如果用戶(hù)的設(shè)備需要的無(wú)功功率(Q)過(guò)大,就會(huì)使有功功率(P)的出力減少。這不僅會(huì)使得使用電設(shè)備不能正常工作,還可能造成線路過(guò)載導(dǎo)致設(shè)備損壞,此時(shí),就需要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。
如圖1所示,在進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償前,負(fù)載的無(wú)功功率、有功功率均通過(guò)變壓器來(lái)自于電網(wǎng),就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的功率因數(shù)降低,電能質(zhì)量下降,用電效率差。
圖2對(duì)設(shè)備進(jìn)行了無(wú)功功率的補(bǔ)償,此時(shí)設(shè)備的有功功率通過(guò)變壓器來(lái)自于電網(wǎng),而無(wú)功功率取自我們的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。假設(shè)設(shè)備的無(wú)功功率均從無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提取,此時(shí),從電網(wǎng)側(cè)來(lái)看,無(wú)功功率(Q)為0,此時(shí)的視在功率(S)等于有功功率(P),功率因數(shù)為1。此時(shí)電網(wǎng)的供電效率是zui高的,此種情況雖然為理想狀態(tài),但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,只要補(bǔ)償?shù)卯?dāng),月平均功率因數(shù)達(dá)到0.95以上是沒(méi)有問(wèn)題的
圖1無(wú)功補(bǔ)償前圖例 圖2無(wú)功補(bǔ)償后圖例
4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾?/strong>
般來(lái)說(shuō),使用無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)提高功率因數(shù)的意義體現(xiàn)在兩個(gè)方面:是可以減少輸電線路上的功率損失;二是可以充分發(fā)揮電力設(shè)備(如電機(jī)、變壓器等)的潛力。因?yàn)橛秒婋娖骺偸窃诙妷汉投ㄓ泄β氏鹿ぷ鳎绻β室驍?shù)較低,就要用較大的電流來(lái)保障用電器正常工作,輸電電流變大,導(dǎo)致線路損耗增加。此外,任何電力設(shè)備工作時(shí)總是工作在定的額定電壓與額定電流內(nèi),超過(guò)額定電壓值,會(huì)威脅設(shè)備的絕緣性能;工作電流超過(guò)額定值,會(huì)使內(nèi)部溫升過(guò)高,從而降低了設(shè)備的使用壽命。對(duì)于些發(fā)電設(shè)備而言,功率因數(shù)的提高能大大增加效率,例如:臺(tái)發(fā)電機(jī)容量為1500kW,當(dāng)電力系統(tǒng)的功率因數(shù)由0.6上升至0.8時(shí),就可以使實(shí)際發(fā)電能力提高到3000kW。
5 無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益
無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在力率電費(fèi),力率電費(fèi)=有功電量×電價(jià)×力率電費(fèi)調(diào)整系數(shù)。力率電費(fèi)調(diào)整系數(shù)根據(jù)功率因數(shù)的值查表獲得。不同基準(zhǔn)的力率電費(fèi)調(diào)整系數(shù)表見(jiàn)表1和表2。
表1 以0.90為標(biāo)準(zhǔn)值得力率電費(fèi)調(diào)整表
表2 以0.85為標(biāo)準(zhǔn)值得力率電費(fèi)調(diào)整表
家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值也做出了規(guī)定,凡需變壓器容量100kVA及以上10kV供電的用戶(hù)應(yīng)進(jìn)行功率因數(shù)考核,具體標(biāo)準(zhǔn)如下:
♦ 100kVA以上160kVA(不含160kVA)以下的用戶(hù),功率因數(shù)需達(dá)到0.85;
♦ 160kVA以上的用戶(hù)功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.90以上。
♦ 用戶(hù)的功率因數(shù)大于標(biāo)準(zhǔn)的減少其當(dāng)月電費(fèi),低于標(biāo)準(zhǔn)的增加其當(dāng)月電費(fèi)。
舉個(gè)例子:某變壓器用戶(hù)的變壓器容量為160kVA,采用低壓計(jì)量,某月改用戶(hù)消耗有功電量為25000kWH,無(wú)功電量為27000kWH,假設(shè)電費(fèi)為0.68元/度。通過(guò)調(diào)研資料,該變壓器的有功變損為1036kWH,無(wú)功變損為3790kWH,所以該用戶(hù)共消耗有功電量26036kWH,消耗無(wú)功電量為30790kWH,通過(guò)功率三角形或查表可知該用戶(hù)的功率因數(shù)為0.65。通過(guò)查表可知該用戶(hù)力率電費(fèi)調(diào)整系數(shù)為+15%,共需收取實(shí)際消耗電費(fèi)25000×0.68為17000元,需加收的力率電費(fèi)為25000×0.68×0.15為2550元,總計(jì)為19550元。
現(xiàn)通過(guò)無(wú)功功率補(bǔ)償為該用戶(hù)將功率因數(shù)從0.65提高到0.95,通過(guò)查表可知該用戶(hù)力率電費(fèi)調(diào)整系數(shù)為-0.75%,共需收取實(shí)際消耗電費(fèi)25000×0.68為17000元,需加收的力率電費(fèi)為25000×0.68×(-0.0075)為-127.5元,總計(jì)為16872.5元。
從例子中我們可以看出,通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償能為企業(yè)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益,般10個(gè)月到年即可收回裝備成本,為企業(yè)創(chuàng)造收入。
6 無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪x型
6.1容量選型
6.1容量選型
6.1.1新建項(xiàng)目
新建項(xiàng)目由于現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)無(wú)法確定,為了方便進(jìn)行快速選型,先將行業(yè)進(jìn)行分類(lèi),各行業(yè)所屬類(lèi)別如下表(,是指無(wú)功補(bǔ)償容量,是指變壓器容量,是指無(wú)功補(bǔ)償行業(yè)系數(shù)):
行業(yè)、場(chǎng)合 | 所屬類(lèi)別 | 行業(yè)、場(chǎng)合 | 所屬類(lèi)別 | 行業(yè)、場(chǎng)合 | 所屬類(lèi)別 |
LED屏 | Ⅱ | 煤礦 | Ⅲ | 醫(yī)院辦公類(lèi) | Ⅰ |
辦公樓 | Ⅰ | 汽車(chē)充電站 | Ⅲ | 銀行證券 | Ⅰ |
玻璃廠 | Ⅲ | 汽車(chē)制造 | Ⅲ | 印刷 | Ⅲ |
大型超市 | Ⅱ | 商業(yè)廣場(chǎng) | Ⅱ | 影院 | Ⅱ |
電鍍廠 | Ⅲ | 石油化工 | Ⅲ | 游樂(lè)場(chǎng)所 | Ⅱ |
電視演播室 | Ⅱ | 食品加工 | Ⅲ | 造紙 | Ⅲ |
電子加工 | Ⅲ | 塑料加工 | Ⅲ | 展覽 | Ⅱ |
發(fā)電廠 | Ⅲ | 隧道類(lèi)照明 | Ⅱ | 住宅樓 | Ⅰ |
紡織 | Ⅲ | 體育館 | Ⅱ | 酒店 | Ⅰ |
風(fēng)電廠 | Ⅲ | 圖書(shū)館 | Ⅱ | 雷達(dá)基站 | Ⅲ |
鋼鐵 | Ⅲ | 污水處理 | Ⅲ | 冶金 | Ⅲ |
港口 | Ⅲ | 舞臺(tái)廣場(chǎng) | Ⅱ | 醫(yī)技樓 | Ⅱ |
軌道交通 | Ⅲ | 寫(xiě)字樓 | Ⅰ | 煙草 | Ⅲ |
焊接 | Ⅲ | 學(xué)校 | Ⅰ | 機(jī)械加工 | Ⅲ |
交通類(lèi)照明 | Ⅱ | 藥業(yè) | Ⅲ |
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Ⅰ:系數(shù)約為0.3,適用于寫(xiě)字樓、住宅等諧波、無(wú)功需求相對(duì)較小的場(chǎng)合;
Ⅱ:系數(shù)約為0.4,適用于商業(yè)、軌道交通等諧波、無(wú)功需求相對(duì)中等的場(chǎng)合;
Ⅲ:系數(shù)約為0.55,適用于重工業(yè)、制造業(yè)等諧波、無(wú)功需求相對(duì)較大的場(chǎng)合;
6.1.2改造項(xiàng)目
改造項(xiàng)目般都需要去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,配置相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償方案,需測(cè)量的要點(diǎn)包括:有功功率、無(wú)功功率、視在功率、實(shí)際功率因數(shù)、目標(biāo)功率因數(shù)、負(fù)載狀況、電網(wǎng)背景等。其無(wú)功補(bǔ)償裝置的容量可通過(guò)實(shí)際測(cè)量后計(jì)算獲得,以上面那個(gè)例子來(lái)說(shuō),假設(shè)補(bǔ)償前用戶(hù)變壓器為滿(mǎn)載狀態(tài),該用戶(hù)變壓器容量為160kVA,功率因數(shù)為0.65,目標(biāo)功率因數(shù)為0.95,計(jì)算如下:
補(bǔ)償前視在功率為,功率因數(shù),補(bǔ)償前有功功率為,補(bǔ)償前無(wú)功功率為。
補(bǔ)償前與補(bǔ)償后有功功率不變?yōu)?img src="https://img75.hbzhan.com/5/20201016/637384454816394322764.png" style="height:19px; margin:0px; width:78px" />,目標(biāo)功率因數(shù),補(bǔ)償后視在功率為,補(bǔ)償后無(wú)功功率為。
所以,需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率為。
6.2型號(hào)說(shuō)明
6.3技術(shù)參數(shù)
電氣參數(shù) | 額定電壓 | AC400V |
補(bǔ)償容量 | 60~630kvar | |
工作頻率 | 50Hz | |
響應(yīng)時(shí)間 | ≤20ms | |
過(guò)載能力 | 電壓過(guò)載1.1倍,電流過(guò)載1.3倍 | |
目標(biāo)功率因數(shù) | 0.8~1.0(可設(shè)定) | |
控制特性 | 補(bǔ)償方式 | 共補(bǔ)、分補(bǔ)及混合補(bǔ)可選 |
控制路數(shù) | 2至16回路 | |
控制方式 | 具有手動(dòng)、自動(dòng)兩種投切模式 | |
投切算法 | 循環(huán)投切 | |
保護(hù)功能 | 過(guò)壓、欠壓、缺相、短路保護(hù)功能 | |
結(jié)構(gòu)特征 | 防護(hù)等級(jí) | IP30 |
顏色 | RAL7035(可按客戶(hù)要求定制) | |
安裝方式 | 室內(nèi)安裝,固定方式與進(jìn)線方式可選 | |
環(huán)境條件 | 環(huán)境溫度 | -25℃ 至+50℃ |
相對(duì)濕度 | 40℃ 時(shí),≤50%,20℃ 時(shí),≤90% | |
海拔 | 海拔2000米以下 |
7 無(wú)功補(bǔ)償模塊式方案
現(xiàn)在,市面上的低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置基本上都采取整柜的方式,基本上都屬于“錘子買(mǎi)賣(mài)”雖然能夠滿(mǎn)足用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的補(bǔ)償要求,但在補(bǔ)償后的維護(hù)、容量拓展等方面十分的不便,在用戶(hù)需要進(jìn)行改造時(shí)需要更換整柜,十分困難。圖3為種無(wú)功補(bǔ)償模塊,將套無(wú)功補(bǔ)償回路,包含:電容、電抗、晶閘管投切開(kāi)關(guān)、熔斷器、二次回路整合在個(gè)模塊中,在實(shí)際使用中,模塊與模塊之間相互獨(dú)立,互不干擾,在維護(hù)使用中可以按模塊進(jìn)行容量增減與維護(hù)。 圖3無(wú)功補(bǔ)償模塊
8 ANSVC在江蘇紅柳床單有限公司項(xiàng)目的應(yīng)用案例
8.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介
工程地址:江蘇紅柳床單有限公司項(xiàng)目地址位于美麗富饒的江蘇省無(wú)錫市江陰市,北枕長(zhǎng)江,南近太湖,東接常熟、張家港,西連常州,地處蘇錫常“金三角”幾何,交通樞紐便利。平均海拔6米左右,全年溫度條件較好,四季分明。江蘇紅柳床單有限公司占地面積15萬(wàn)平方米,建筑面積12萬(wàn)平方米,該項(xiàng)目共采購(gòu)了我司2臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償柜和1臺(tái)有源濾波柜。針對(duì)無(wú)功補(bǔ)償,測(cè)量了1#變壓器出線側(cè),測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖4,目標(biāo)功率因數(shù)0.98,現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)諧波源主要是變頻器和開(kāi)關(guān)電源,諧波頻次為3次、5次、7次、11次是典型的6n±1次特性諧波,通過(guò)ANAPF有源濾波器進(jìn)行治理,保護(hù)電容器。測(cè)量示意如圖5:(黑圈為測(cè)量點(diǎn))。
圖4 無(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果
圖5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量示意圖
8.2 無(wú)功補(bǔ)償容量計(jì)算
補(bǔ)償前視在功率為,功率因數(shù),補(bǔ)償前有功功率為,補(bǔ)償前無(wú)功功率為。
補(bǔ)償前與補(bǔ)償后有功功率不變?yōu)?img src="https://img75.hbzhan.com/5/20201016/637384454848113092116.png" style="height:19px; margin:0px; width:86px" />,目標(biāo)功率因數(shù),補(bǔ)償后視在功率為,補(bǔ)償后無(wú)功功率為。
所以,需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率為。
由于考慮到實(shí)際補(bǔ)償容量與標(biāo)稱(chēng)補(bǔ)償容量的區(qū)別,考慮到現(xiàn)場(chǎng)只能安放深度為800mm的柜子,所以選擇配置臺(tái)350kvar主柜和臺(tái)350kvar輔柜,共700kvar。
8.3 現(xiàn)場(chǎng)使用情況
圖5 現(xiàn)場(chǎng)安裝圖
圖6 現(xiàn)場(chǎng)竣工圖
9 結(jié)束語(yǔ)
本文從低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的基本知識(shí)、選型參數(shù)、經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)例設(shè)計(jì)等方面對(duì)低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與選型進(jìn)行了闡述。提出了模塊式低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的新思路。合理地配置低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置不僅能為降低線損、提高設(shè)備壽命與運(yùn)行效率,更能夠?yàn)槠髽I(yè)減少力率罰款,獲得電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì),直觀的創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。
【參考文獻(xiàn)】
作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,本科。任職單位:現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司