无功功率产生的原因和无功补偿的意义和方法以及在企业工厂的应用

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  1 无功功率的产生及定义

  交流电路中,由于感性或容性负载的存在,建立电感的磁场或电容的电场都需要电源多提供一部分不做机械工的功率,称为无功功率。无功功率把电能装换成另一种形式的能量,其不直接消耗电能,这也是各种电气设备能够做功的必要条件,并且使这种能量在电网中进行周期性的转换。电流在电容原件中做功时,电流是超前电压90º的,在同一电路工作中,电感产生电流与电容产生电流的方向是相反的,并且相差180º。

  2 无功补偿的意义

  一般大型企业采用大量用电设备,包括电感电动机、变压器等。供电系统中既包括有功功率,又包括无功功率,使发电设备和输电设备不能充分发挥作用,并增加输电线路的功率损耗和电压损失,故提高用户的功率因数有如下益处。①提高电力系统的供电能力;②减少网络中的电压损失,提高供电质量;③降低网络中的功率损耗。

  3 无功补偿的方法

  为了提高功率因数,要尽可能的减少电力系统中各个设备所消耗的无功功率。特别是减少负荷,减少设备从电网中取用的无功功率,使电网在输送有功功率时,少输送或不输送无功功率。

  3.1 选择正确电气设备

  ①选择间隔小,电阻小的电气设备。如选用电动机时,应尽量选择鼠笼式电动机等。

  ②选用设备时,尽量避免轻载运行。如选用电动机、变压器时,应尽量选择容量合适的型号。

  3.2 合理运行电气设备

  ①电动机、变压器杜绝轻载运行。针对负荷小于40%额定功率的电动机,在满足其启动条件和稳定工作等硬性条件下,可以更换小容量的电机,或者将电动机接线采用星型接法。针对平均负荷小于30%的变压器,可以更换成小容量的变压器,或者调整参数负荷。

  ②严格按照调度制度,合理安排生产作业时间,控制设备空载运行。

  ③提高设备的维护保养和检修质量,确保电动机的实际运作情况,符合电磁特性负荷标准。

  3.3 人工补偿提高功率因数

  人工补偿提高功率因数的做法是采用供应无功功率的设备来就地补偿用电设备所需要的无功功率,以减少线路中的无功输送。

  3.4 并联电力电容器组提高功率因数

  3.4.1 电容并联补偿的工作原理

  在国内的大型企业中,大部分是电感性和电阻性的负载。因此总的电流Ì将滞后电压一个角度Φ。如果装设电容器,并与负载并联,则电容器的电流Ìc将抵消一部分电感电流Ìl,从而使无功电流Ìl 减小到Ìl',总的电流Ì减少到Ì',功率因数则由cosΦ提高到cosΦ',如果电容器容量选择得当,可使Φ减少到0而cosΦ提高到1,这就是并联补偿的工作原理。

  3.4.2无功补偿区

  在供电系统中为提高功率因数,通常采用将电力电容器组并联或者运用其他无功补偿装置。这样就需要考虑电力电容器组装设的地点,不同的装设地点,得到的无功补偿区及其取得的补偿效益是不同的。对于用户供电系统,电力电容器组的设置有高压集中补偿、低压成组补偿和就地补偿三种方式。

  ①高压集中补偿方式。优点:采用高压集中补偿的初期,投资要求较低。6~10KV母线上产生的无功功率其曲线变化比较平稳,便于运行管理和调节,而且利用率高,可提高企业供电系统的变压器的负荷能力。 缺点:高压集中补偿方式对环境要求高,需要设有专门的电容器室,并且通风好,室内温度适宜,并要求有可靠的放电设备。但是其经济效果较差,因为只能补偿6~10KV电源方向上产生的无功功率和所有向该母线供电的线路上的无功功率,而对于负荷方向的电网并没有无功补偿效果。高压集中补偿虽然对本企业的技术经济效益较差,但从整体上完善了地区电网,提高了区域大电网的功率因数,所以至今仍是城市及大中型工矿企业采用的主要无功补偿方式。

  ②低压成组补偿方式。优点:补偿区域大于高压集中补偿区域,使用用户能够获得较大的经济效益。而且投资小,通常安装在低压配电室,平时运行维护和管理方便安全。

  ③分散就地补偿方式。优点:这种方式是将电容组分别装设在各组用电设备上,或安装在单独的大容器电动机处。与用电设备要同时启用,同时运行,但不能共用一套控制系统。

  4 某厂现有的无功补偿措施及建议

  4.1 某厂现在采用的是高压集中补偿和低压组成组补偿

  从效果来看,高压集中补偿采用了高压无功自动补偿装置,可根据控制器对系统无功的采样,自动分组投切电容器组,使月平均功率因数稳定在0.95以上,无功自动投切成套装置每套容量为2200kVar,每组容量分别为450kVar、750kVar、1000kVar,可实现459、750、1000、1200、1450、1750、2000kVar,七级投切。可实实时显示系统电压、电流、功率因数等数据。可在后台控制计算机显示电容器投切及切除情况,引入控制信号于接点电容器进行投切控制。在外部故障或停电时自动退出,送点后自动恢复运行。

  低压成组补偿采用安科瑞ANSVC低压无功功率补偿装置,适用于频率50Hz电压0.4kV电网的无功功率自动补偿,它集无功补偿、电网监测于一体,不但可以通过投切电容器组来补偿电网中的无功损耗,提高功率因数,降低线损,从而提高电网的负载能力和供电质量,同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等电量参数。

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