提高电网功率因数

提高电网功率因数

摘要：对广大厂矿企业来说，功率因数的高低是关系到电能质量和电网安全、经济运行的一个重要问题，应予以充分重视。本文集中讨论了影响电力系统功率因数的几个重要因素，提出了相应的解决措施，并结合我厂的实际情况，对利用并联移相电容提高电网的功率因数进行了探讨。

关键词：电网 功率因数 并联电容

功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。通过合理配置无功功率补偿设备，以提高系统的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的。

典型案例分析：

沙隆达股份有限公司是一家以氯碱化工为基础，农药化工为主体，精细化工为特色的大型化工企业。主要生产能力为：农药3万吨，烧碱6万吨，化工原料及中间体30万吨，自采盐矿20万吨。下属能源动力厂主要负责水、电、汽、冷等能源的管理和运行。我厂电力系统总装机容量为47500KVA ，设有一个110KV 变电站、4个10KV 区间变电所和4套电解整流装置，共有电力变压器22台，整流变压器4台，年用电量2亿多千瓦时，其中整流装置用电量要占总用电量的三分之二。整流装置平均功率因数比较高，可以达到0.95, 但由于整流装置的存在，谐波分量也比较重。其它动力负荷主要是异步电动机, 平均功率因数很低, 我厂主要针对低压配电网络进行补偿, 补偿前整个电力系统的功率因数只有0.87, 补偿后整个电力系统功率因数可以达到0.95以上。

影响功率因数的主要原因：

一、异步电动机对功率因数的影响

我厂绝大部分动力负荷都是异步电动机, 异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素, 而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。因此，在选择异步电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电器指标，合理选择异步电动机的型号、规格和容量，使其处于经济运行状态，若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率都显著恶化。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确的合理的选择电动机的容量。其次，要提高异步电动机的检修质量，因为异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动时对异步电动机无功功率的大小有很大的影响。

二、电力变压器对功率因数的影响

电力变压器的无功功率消耗，是由于变压器的变压过程是由电磁感应来完成的，是由无功功率建立和维持磁场进行能量转换的。没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功损耗，避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。

三、整流装置对功率因数的影响

单就整流系统而言，其功率因数可达到0.95，但是由于整流系统网侧电流不是正弦波，整流变压器除向电网吸取基波电流外，还向电网送出谐波电流，严重影响并联电容的运行。尽可能减少谐波分量的产生是消除整流装置对功率因数补偿设备影响的根本办法。整流机组的网侧谐波分量与等效相数有密切关系，提高等效相数是抑制谐波产生的有效措施。我公司整流系统共有四台整流变压器，为提高等效相数，我们分别将整流变压器接成△/△▽和Y/△▽，从而组成12相整流系统，这时单套6脉波整流的工作原理不变，只是一台整流变压器通过Y/△移相使5，7，17，19……次谐波相互抵消, 注入系统的只有12K ±1次特征谐波，在不增加设备的前提下，达到了最大限度抑制谐波分量，减少了谐波分量对电容运行的影响的目的。

提高功率因数的措施：

一、提高自然功率因数

提高自然功率因数主要是靠提高变压器、电动机负载率、调整负荷结构，使功率因数达到最佳。

二、并联移相电容提高功率因数

由于我公司实际生产工艺中没有使用同步电机，所以我们采用并联移相电容器的方式进行功率因数补偿。

（一）、补偿方式的选择：

根据移相电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压成组补偿和低压分散补偿三种方式。

高压集中补偿是将高压移相电容器集中装设在变配电所的10KV 母线上，这种补偿方式只能补偿10KV 母线前（电源方向）所有线路上的无功功率，而此母线后的厂内线路没有得到无功补偿，所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。同时因我厂存在整流装置，虽然我们对其进行了调整，但仍然不能完全避免谐波分量的产生。如采用高压集中补偿，会对高压电容器的安全运行造成严重影响。

低压分散补偿，又称个别补偿，是将移相电容器分散地装设在各个车间或用电设备的附近。这种补偿方式能够补偿安装部位前的所有高低压线路和变电所主变压器的无功功率，因此它的补偿范围最大，效果也较好。但是这种补偿方式总的设备投资较大，且电容器在用电设备停止工作时，它也一并被切除，所以利用率不高。

低压成组补偿是将移相电容器装设在车间变电所的低压母线上，这种补偿方式能补偿车间变电所低压母线前的车间变电所主变压器和厂内高压配电线及前面电力系统的无功功率，其补偿范围较大。由于这种补偿能使变压器的视在功率减小从而使变压器容量选得小一些，比较经济，而且它安装在变电所低压配电室内，运行维护方便。同时由于我厂存在谐波源，车间变压器的存在，也起到了隔离和衰减谐波的作用。有利于低压移相电容器的安全稳定运行。

综合以上三种补偿方式的优缺点，根据我厂的实际情况，我们选择了低压成组补偿方式。

（二）、补偿容量的确定

对于车间变（配）电所，安装的容性无功量应等于装置所在母线上的负载按提高功率因数所需补偿的容性无功量与变压器所需补偿的容性无功量之和。

1) 负载所需补偿的装置容量Kvar （千乏）按下式考虑：

QC1=P（tg φ1-tg φ2）

Qc1——负荷所需补偿的容性无功量(Kvar)

P ——母线上的平均有功负荷功率

φ1——补偿前的功率因数角

φ2——补偿后的功率因数角

2) 变压器所需补偿的装置容量Kvar （千乏）按下式考虑：

QC2= (UK%/100+IO%/100 ) Se

Qc2——变压器所需补偿的容性无功量(Kvar)

Uk ％——变压器阻抗电压的百分数

I0％——变压器空载电流的百分数

Se ——变压器额定容量（KVA ）

（三）、低压成组补偿设备的选择：

选择补偿设备，应在充分考虑安全性的同时，根据各厂实际情况，从实用性、可靠性入手，将费效比最大化。

1、投切方式的选择：

电容投切有两种方式：人工投切和自动投切。人工投切对运行人员是件繁重的工作，且难以实现及时准确地操作，影响供电电压质量。我们采用自动投切方式。可实现电容器的自动投切，我们采用了JKG 系列无功功率自动补偿控制器，这种控制器能随意设定投入门限、投入延时、切除延时、过压门限、过压延时、欠流切除等参数，能自动跟踪功率因数变化合理选择电容组数，还能在功率因数超前时快速切除已投电容。在我厂的应用中，这种控制方式能满足我厂的实际要求。

2、移相电容器的选择

我厂选用的电容器为BSMJ0.415-18-3型自愈式移相电容器。该电容器的额定工作电压415V ，容量18Kvar ，三相三角形接法，具有自放电功能，最高过电压110％额定电压，最高过电流130％额定电流。

电容容量的确定要考虑到开关、接触器的容量，补偿梯度大小对电气设备的影响及维修成本，还有各厂实际使用习惯。我厂广泛采用18 Kvar三相移相电容器，我们认为其补偿梯度合理，设备费效比高。

额定电压的确定要考虑到变压器低压母线电压的波动和补偿后母线电压升高的因素，并联补偿移相电容器的额定电压应大于并联补偿移相电容器的实际工作电压。

3、断路器的选择

QF1—QFn 为单台电容器提供主保护，我厂选用GV3—M40施耐德空气开关。该开关具有过流和速断保护功能，我们一般将空开过流整定值整定在30A 左右，可有效保护电容过电流。该开关分断能力强，分断电流可达35KA ，可靠性也比较高，单台电容器故障时能可靠切除，不影响其它电容器的运行。QF 我们选用施耐德NS 型塑壳断路器，该断路器具有电子式过流和速断保护功能，动作准确可靠，分断能力极强，并具有稳定可靠的限流能力，可作为整套电容器组的后备保护。采用上述两种开关后，我们完全可以将电容故障限制在电容柜内，而不对配电系统产生影响。

补偿效果：

通过对全厂供配电系统安装并联移相电容器组，向电网提供可阶梯调节的容性无功，补偿多余的感性无功，一般可以使实际功率因数提高到0.95以上，补偿效果明显。

∙ 减少供电损耗，节约电费

以线损为例，我厂年用电量约为2亿千瓦时，补偿前线损率约为5％，补偿后功率因数从0.87提高到0.95, 则每年可减低线损约为200万千瓦时, 按每度电0.4元计算, 可节约电费开支80万元，加上电力系统功率因数奖60万元，每年共计节约电费开支140万元。

∙ 提高设备利用率

功率因数从0.85提高到0.95，设备利用率提高11.8% 。减少设备投资，充分发挥设备潜能。

改善供电质量

减少电压损失，降低电压波动，有效改善供电质量。

结束语

文中根据化工企业的特点，从应用实际出发，介绍了影响功率因数的主要因素，并提出了相应的解决办法，重点介绍了利用并联移相电容器提高功率因数的经验。