浅析低压无功补偿在工程中的应用及节能

摘要: 无功补偿可降低电能损耗, 论述了异步电动机无功就地补偿、低压无功集中补偿技术及其应用。提倡大力推广低压无功补偿, 以达到节能降耗的目的。

关键词: 低压无功补偿；节能

1. 前言

众所周知，由于我国人均能源资源短缺（尤其是油、气、水），环境容量（亦是资源）有限，西部生态脆弱，这个问题尤为严重，它将极大的制约我国的可持续发展以及为中华民族子孙万代生生息息留有生存空间。近年来，我国GDP每年以10％的速度发展，能源消耗急骤增加，环境、生态日益恶化。这种对自然无序的、掠夺性索取的发展模式已难以为继，实际上已造成当前十分严重的、不可逆转的后果，大自然的惩罚已经不断地凸现出来，并还要继续加重。在这样的严峻形势下，中央高度重视节能减排工作，出台了一系列重大政策措施，2007年5月23日，国务院又印发《节能减排综合性工作方案》，对节能减排工作进行了全面部署，提出了新的要求。 为此我们针对在工程应用中的无功补偿进行浅析，优化设计，达到节能减排的目的。

2．理论分析

交流异步电动机应用广泛, 所需无功功率最大, 未经补偿的综合负荷的自然功率因数为0.6~0.9,异步电动机比例较高的负荷的功率因数为0.6。低压用户点多量广、比较分散,很多异步电动机都未装设无功补偿装置, 低压电网功率因数较低, 线路损耗及变压器损耗比较大。针对目前对低压电网的无功补偿不重视的现状, 本文大力提倡推广异步电动机无功就地补偿及低压电网无功集中补偿, 以达到较明显的节能降耗效果。低压补偿无功功率, 可采用并联电容器的方法, 可分散装设或集中使用, 能做到就地补偿无功功率以降低电网的电能损耗。电容本身并不节电, 但电容电流可抵消电感电流, 从而减少输配电线路中流动的电流, 从而减少电流引起的损耗及电压降。

总之, 功率因数提高, 可减少输电线路和变压器电能损耗。

采用并联电容器作无功补偿,为了尽量减少线损和电压损失, 宜就地平衡, 尽量减少无功功率的长距离、跨电压级的传送。即低压部分的无功宜由低压电容器补偿, 高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对容量较大、负荷平稳经常使用的用电设备的无功功率, 宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿, 居民的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中补偿。

下面先重点谈异步电动机的无功补偿。GB12497- 90《三相异步电动机经济运行》第7.6 条规定: 50KW 以上的电动机应进行功率因数就地补偿。本人认为50KW 以下电动机如有条件也可进行功率因数就地补偿。电动机容量虽小, 但数量多, 电容器补偿无功率及节能降耗也是可观的。采用电容器就地补偿电动机无功功率, 电容器直接并联在电动机上, 切断电源后, 电动机在惯性作用下继续运行, 此时电容器的放电电流成为励磁电流,如果电容过补偿,就可使电动机的磁场得到自励而产生电压,因此电容的补偿容量一般不应大于电机的空载无功容量。

下面讲一下异步电动机并联电容就地补偿应用中应注意的一些问题:

1. 接到电动机的电容器容量, 不应超过为提高电动机空载功率因数到0.9 所需的数值。

2 .当电容器补偿容量过大,会引起电网电压升高,并会导致电容器损坏,工频长期过电压不应超过电容器额定电压的1.1 倍。

3.对电动机进行就地补偿时, 首先应选用长期连续运行且容量较大的电动机配用电容器, 对于可能产生过电压和超转矩的情况下, 可采用电动机视在功率50%的电容器。

4.三相低压异步电动机就地无功补偿电容器, 可选用常用的低压自愈式金属化膜电容器, 该电容器以金属化聚丙烯薄膜作介质, 有自愈性, 价格低, 考虑到乡镇电网电压波动较大, 后半夜电压稍高, 加上无功补偿后, 电压要相应提高一点, 电容器的额定电压选用常规的400V 产品。

5.电动机仍在继续运转并产生相当大的反电动势时, 不应再起动。

6.不应采用星一三角形起动器。

7.对吊车、电梯等机械负载可能驱动电动机的用电设备,在重物下降时,为避免过电压, 不采用电容器单独就地补偿。

对于补偿基本无功及常年稳定无功和投切次数少的高压电容器组, 宜采用手动投切; 为避免过补偿或轻载时电压过高, 易造成设备损坏的, 宜采用自动投切.高、低压补偿效果相同时, 宜采用低压自动补偿装置.无功自动补偿的以节能为主调节时, 采用无功功率参数来调节。

集中补偿的电容容量计计算为:Qc = P( tgφ1 - tgφ2) , 其中,p 为有功功率, tgφ1 、tgφ2 是补偿前后功率因数角的正切值。

低压母线上装设自动投切的并联电容器主要用来补偿变压器本身及以上输电线路的功率损耗, 而在配线路上产生的损耗并没有减少, 此补偿不宜过大, 否则变压器轻载或空载运行时, 将造成过补偿, 补偿容量应为变压器额定容量的30%～40%。

下面看某厂加装无功补偿后的节能实例。

某厂加装300kvar 低压自动补偿柜, 补偿前功率因数小于0.75, 线路电流1253A, 自动补偿到功率因数为0.93 后的电流为1014A, 直观减少线路电流25%左右.理论和实践都证明无功补偿可减少电能损耗、节省电费。

为了在运行中调节无功补偿的大小, 可将电容器连接成若干组, 根据负荷的变化分组投入式切除. 可用专门投切电容器组的接触器频繁操作来投入或切除.可控硅投切电容器型补偿装置, 可以实现无功补偿功率的连续调节.

自动投切装置能根据无功负荷的变化自动投切电容器组, 使功率因数保持在0.92 以上且不过补偿.

3.小结

在配电网中, 若各用户低压侧配置了足够的无功补偿装置, 则可使配电线路中的无功电流最小, 也使配电线路的有功功率损耗最小, 这是最理想的效果.配电网中的用户端实现无功就地补偿是合理的无功补偿方式, 大力推广应用自动控制装置提高线路功率因数, 达到动态的管理, 这是理想的节能降耗方法.

我国现行《功率因数调整电费办法》只对100KVA 及以上的用户的功率因数标准作了规定,并执行功率因数调整电费,而对100KVA 以下用户的功率因数没有规定,这些用户大多没有安装无功补偿设备,在设计中亦不考虑无功补偿.因此为节能降耗,可大力推广低压无功集中补偿,特别是重点推广异步电动机就地无功补偿,可以取得较显著经济效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。