无功补偿技术在低压配电网中的应用

关键词：降损装设增效补偿

随着城市电网的发展和负荷的快速增长, 配电网的经济运行日益受到重视。合理地选择补偿方案是各企业实施降损增效的重要战略措施。所谓无功功率补偿就是在用户变电所或在用电设备等处装设无功功率电源, 以改变电力系统中无功功率的流动, 从而提高电力系统的电压水平, 减小网络损耗和降低配电线路的成本节约电能, 使电网能安全经济地运行。

1 电网无功补偿方法及技术方案比较

为了使电网安全经济运行和确保用户的电能质量, 就低压供电系统而言, 无功补偿的方法主要有三种。

随器补偿 (低压集中补偿) 、随机补偿和随机+随器综合补偿三种方案。

1.1 随器补偿 (低压集中补偿)

随器补偿是指在配电变压器低压侧进行集中补偿, 以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行, 做不到平滑的调节。随器补偿能有效地补偿配变空载无功损耗, 从而提高配变利用率, 降低网损, 具有较高的经济性。

缺点是:降损、补偿范围留有死角, 配变以下网络中的无功缺额无法满足。

1.2 随机补偿

随机补偿是直接对用户末端进行无功补偿, 对于企业的电动机应进行无功功率就地补偿, 将低压电容器组直接与电动机并接, 通过控制、保护装置与电机同时投切。将最恰当地降低电网的损耗。补偿容量Q C为:

1.3 随机+随器综合补偿

随机+随器综合补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式。随机补偿+随器补偿方案适用于负荷较重的配电区, 对利用率较高的容量在5 k w以上的电动机进行随机补偿, 对未进行补偿的小功率电机和其它感性负荷在配电室集中补偿。

综合补偿方案的降损、补偿、调压效果最好, 设备利用率最高, 在补偿范围方面可对整个电网进行补偿。但单位投资大, 维护工作量较大。

缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。

2 无功补偿方式的优化配置

单一的集中补偿存在诸多弊端, 主要表现在以下几个方面: (1) 单一集中补偿的最大缺陷是不能降低电力用户内整个配电网中的无功功率; (2) 单一集中补偿不利于低压网络电压的稳定和电动机启动。

优化方式: (1) 在那些负荷集中容量较大但单台设备容量较小的用户终端进行无功分散补偿; (2) 根据无功经济当量公式ΔP q=K q Q c, 对于同样的无功补偿容量QC, 离电源越远, 有功损耗量ΔP就越大, 因此对于大、中型异步电动机数量较多且经常使用的用电设备的无功负荷采用无功就地补偿, 此类设备如风机、空压机、水泵、制冷机、电动机等。

为了最大限度地减少无功功率的传输损耗, 提高输配电设备的效率, 应采用以总体平衡与局部平衡相结合;集中补偿与分散补偿相结合, 以分散补偿为主;低压补偿以随机补偿和随器补偿为主。做到无功功率在哪里发生, 就应在哪里补偿, 按照”分级补偿, 就地平衡”的原则, 才能达到最佳的补偿效果。

3 无功补偿的效益

由于企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%~90%, 如果把功率因数提高到0.95左右, 则无功消耗只占有功消耗的30%左右。这样就降低了电网无功输送量给用电企业带来经济效益。

3.1 节省企业电费开支

提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的, 因为国家电价制度中, 从合理利用有限电能出发, 对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值, 低于规定的数值, 需要多收电费, 高于规定数值, 可相应地减少电费。可见, 提高功率因数可减少运行后的基本电费, 对企业有着重要的经济意义。

3.2 提高了设备的利用率

电气设备的视在功率在补偿后为。

由上式可知, 加装无功补偿QC后, 减少了电网无功输送量, 对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备安装容量, 节约大量有色金属, 减少投资费用。

3.3 降低系统的功率损耗和电能损耗

由于线路输送的无功Q减少了, 所以功率损耗ΔP降低了。

假定补偿前后传送的P不变, P=IUCOSφ, 由于COSφ提高, 补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U 1, 为分析问题方便, 可认为U 2≈U 1, 从而导出I 1 C O Sφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1, 这样线损P减少的百分数为:

当功率因数从0.70~0.85提高到0.95时, 由上式可求得有功损耗将降低20%~45%。

3.4 改善了电压质量

以线路 (大面积架空线路) 末端只有一个集中负荷为例, 假设线路电阻和电抗为R、X, 有功和无功为P、Q, 则电压损失ΔU为:△U= (PR+QX) /U两部分损失:PR/U→输送有功负荷P产生的;QX/U→输送无功负荷Q产生的。

配电线路:X= (2~4) R, △U大部分为输送无功负荷Q产生的。

变压器:X= (5~10) R, 变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的。

可以看出, 若减少无功功率Q, 则有利于线路末端电压的稳定, 有利于大电动机的起动。因此, 无功补偿能改善电压质量 (一般电压稳定不宜超过3%) 。

3.5 由于减少了无功电流, 提高了变压器的出力, 解决了变压器超载运行的问题

4 工程实例

四川美丰化工股份有限公司化肥分公司一车间受“5.12”汶川大地震自然灾害的影响, 经技术人员检测:2台容量为250kw的制冷压缩机、2台容量为110kw的制冷压缩机、3台容量为160kw的空气压缩机、2台容量为150kw的空气压缩机共9台设备电机的无功补偿装置遭到了损坏, 功率因数仅为0.85左右, 2008年7月对这9台设备的电机进行了无功功率就地补偿, 补偿容量分别为250kw电动机130kvar, 160kw电动机80 kvar, 150kw电动机70kvar, 110kw电动机60kvar, 总补偿容量为760kvar。经测试补偿后功率因数都提高到0.98以上。

现以一台空气压缩机为例, 作一计算说明加装无功补偿装置对企业产生的经济效益。

空气压缩机额定功率Pe=160kw, 额定电流Ie=243.1A, 空压机电机随机补偿容量为80kvar, 补偿前功率因数COSφ1=0.86, 补后功率因数COSφ2提高到0.98, 年运行时间7000h。