有關(guān)功率因數(shù)的探討

1、關(guān)于提高電網(wǎng)功率因數(shù)的分析探討摘要：對廣大工礦企業(yè)來說，功率因數(shù)的高低是關(guān)系到電能質(zhì)量和電 網(wǎng)安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要問題，應(yīng)予以充分重視，本文集中討論 影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的幾個(gè)重要因素，提出相應(yīng)的解決措施，并結(jié) 合我礦的實(shí)際情況，對利用并聯(lián)移相電容提高電網(wǎng)的功率因數(shù)進(jìn)行了 探討。硯北煤礦是一家以煤礦開采為主體的能源企業(yè)，是目前全省最大 的現(xiàn)代化安全礦井。礦井開采能力為年產(chǎn)600萬噸，洗選能力為600 萬噸/年。我礦電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量為2x 16000kva,設(shè)有一個(gè)35kv 變電站、2個(gè)10kv井下變電所和2個(gè)6kv井下變電所，及地面低壓 配電系統(tǒng)，共有電力變壓器21臺(tái)，年用電量約291.

2、7萬kwh,由于 同步電機(jī)容量較小，動(dòng)力負(fù)荷主要是異步電動(dòng)機(jī)，所以平均功率因數(shù) 低，我礦主要針對高低壓配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償前整個(gè)電力系統(tǒng)的 功率因數(shù)只有0. 75,補(bǔ)償后整個(gè)屯力系統(tǒng)因數(shù)可以到0. 90以上。影響我礦功率因數(shù)的主要原因及對策：一、 異步電動(dòng)機(jī)對功率因數(shù)的影響我礦絕大部分動(dòng)力負(fù)荷都是異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定子 間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無功的主要因索，而異步電動(dòng)機(jī) 所耗用的無功功率是由其空載時(shí)的無功功率和一定負(fù)載下無功功率 增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電 動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。因此，在選擇異步電動(dòng)機(jī)時(shí)， 既要注意它們的機(jī)械性

3、能，又要考慮它們的電器指標(biāo)，合理選擇異步 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，使其處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，若電動(dòng)機(jī)長期 處于低負(fù)載下運(yùn)行，既增大功率損耗，又使功率因數(shù)和效率都顯著惡 化，故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確的合理的選 擇電動(dòng)機(jī)的容量。其次，要提高杲步屯動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量，因?yàn)楫惒诫?動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對異步電動(dòng) 機(jī)無功功率的大小有很大的影響。二、電力變壓器對功率因數(shù)的影響電力變壓器的無功功率消耗，是由于變壓器的變壓過程是由電磁 感應(yīng)來完成的，是由無功功率建立和維持磁場進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的。沒有 無功功率，變壓器就無法變壓和輸送電能。變壓器消耗無功的主要成 分是它

4、的空載無功功率，提高變壓器的功率因數(shù)就必須降低變壓器的 無功損耗，避免變壓器空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。 我礦對提高功率因數(shù)采取的措施：一、 提高自然功率因數(shù)的方法提高口然功率因數(shù)主要是靠提高變壓器、電動(dòng)機(jī)負(fù)載率、調(diào)整負(fù) 荷結(jié)構(gòu)，使功率因數(shù)達(dá)到最佳。如以下方法：(1) 正確的選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和容量。在選型方面，要注意選 用節(jié)能型，淘汰高能耗的電動(dòng)機(jī)，并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對啟動(dòng)力矩、 啟動(dòng)次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求，選用不同的型號(hào)。電動(dòng)機(jī)的效率 與功率因數(shù)cos0是反映電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要標(biāo)，都與負(fù)載率 0有密切關(guān)系。gb/ t 12497- 90對三相異步電機(jī)三個(gè)運(yùn)行區(qū)域規(guī)定 如下：當(dāng)

5、負(fù)載率0在70% - 100%之間吋，為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)； 當(dāng)40%<<70%時(shí)，為一般運(yùn)行區(qū)； 當(dāng)0 40%時(shí)，為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。(2) 根據(jù)負(fù)荷選擇相匹配的電力變壓器，電力變壓器一次側(cè)功 率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)，而且與負(fù)載率有關(guān)。若變壓器滿 載運(yùn)行，一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3 - 5%；若變壓器輕載 運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷小于0.6吋，一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降，下降達(dá)11 - 18%,所以電力變壓器的負(fù)荷率在0. 6以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì)，一般應(yīng) 在60% - 70%比較合適。為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù)，電力 變壓器一般不宜作輕載運(yùn)行。當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于30%吋，應(yīng)當(dāng) 更換成容

6、量較小的變壓器。根據(jù)變壓器的最佳負(fù)載系數(shù)合理選用變壓 器，將變壓器進(jìn)行更換及調(diào)整，在負(fù)載小的時(shí)候切除部分變壓器，這 樣可以減少無功功率的需求量，使自然功率因數(shù)得到提高。（3）若異步電機(jī)的同步化運(yùn)行。對于負(fù)荷率不大于0. 7及最大 負(fù)荷不大于90%額定功率的繞線式杲步電動(dòng)機(jī)，必要時(shí)可使其同步 化，即當(dāng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)完畢以后，向轉(zhuǎn)子三相繞組屮送 入直流勵(lì)磁，即產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩把異步電動(dòng)機(jī)牽入同步運(yùn)行，其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 與同步電動(dòng)機(jī)相似。在過勵(lì)磁的情況下，電動(dòng)機(jī)可向電網(wǎng)送出無功功 率，從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的二、 并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)的方法根據(jù)我礦實(shí)際生產(chǎn)屮使用的異步電動(dòng)機(jī)比較多，占全礦的90%以 上

7、電動(dòng)機(jī)。所以我們采用并聯(lián)電容器的方式進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償。（一）、補(bǔ)償方式的選擇根據(jù)并聯(lián)電容器在工礦供屯系統(tǒng)中的裝置位置，有高壓集中補(bǔ) 償、低壓成組補(bǔ)償和低壓分散補(bǔ)償三種方式。高壓集屮補(bǔ)償是將高壓并聯(lián)電容器集屮裝設(shè)在變配電所的高壓 母線上，這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償母線前所有線路上的無功功率。因此 母線后的廠內(nèi)線路不起補(bǔ)償作用。低壓成組補(bǔ)償是將一項(xiàng)電容器裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上， 這種補(bǔ)償方式能補(bǔ)償車間變電所低壓母線前的車間變電所主變壓器 和廠內(nèi)高壓配電線及前面電力系統(tǒng)的無功功率，其補(bǔ)償范圍較大。由 于這種補(bǔ)償能使變壓器的視在功率減少從而使變壓器容量選得小一 些，比較經(jīng)濟(jì)，而且它安裝在變電所低壓配電

8、室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)方便， 有利于低壓移相電容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。低壓分散補(bǔ)償，乂稱個(gè)別補(bǔ)償，是將電容器分散地裝設(shè)在各個(gè)車 間或用電設(shè)備的附近。這種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償安裝部位前的所有的高 低壓線路和變電所主要變壓器的無功功率，因此它的補(bǔ)償范圍最大， 效果也較好。但是這種補(bǔ)償方式總的設(shè)備投資較大，且電容器在用電 設(shè)備停止工作時(shí)，它也一并被切除，所以利用率不高。綜合以上三種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)我礦的實(shí)際情況，我們選擇了 高低壓成組補(bǔ)償方式。（二）、補(bǔ)償容量的確定對于高壓母線采用高壓并聯(lián)電容器成套裝置，其型號(hào)為tw10- -l/br-2400-6o對于變電所低壓母線，安裝的容性無功量應(yīng)等于裝置 所在母線上的

9、負(fù)載按提高功率因數(shù)所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功量于變壓器 所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功量z和。1) 負(fù)載所需補(bǔ)償?shù)难b置容量kv虹(千乏)按下式考慮： qcl=p(tg4)l-tg<i)2)qc1符合所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功量(kvar) p母線上的平均有功率負(fù)荷功率 ei補(bǔ)償前的功率因數(shù)角 e 2 一補(bǔ)償后的功率因數(shù)角2) 變壓器所需補(bǔ)償?shù)难b置容量kvar (千乏)按下式考慮：qc2二(uk%/100+i0%/100)seqc2變壓器所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功量(kvar)uk%變壓器阻抗電壓的百分比分?jǐn)?shù)10%變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù) se變壓器額定容量(kvar)(三) 、高低壓成組補(bǔ)償設(shè)備的選擇選擇補(bǔ)償設(shè)備，應(yīng)在充分考

10、慮安全性的同時(shí)，根據(jù)我礦實(shí)際情況，從 實(shí)用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性入手，將其費(fèi)用最優(yōu)化。1、投切方式的選擇電容器投切有兩種方式：人工投切和自動(dòng)投切。人工投切對運(yùn)行 人員是件繁重的工作，且難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確地操作，影響供電電壓質(zhì) 量。我們采用自動(dòng)投切方式，可實(shí)現(xiàn)電容器的自動(dòng)投切，我們采用了 bkd3110變電所電壓無功綜合控制裝置，這種控制器具有壓板、調(diào) 容、調(diào)壓、自動(dòng)、手動(dòng)與時(shí)間記錄報(bào)警功能，能口動(dòng)跟蹤功率因數(shù)變 化合理選擇電容組數(shù)，還能在功率因數(shù)超前時(shí)快速切除已投電容。在 我礦的應(yīng)用中，這種控制方式能滿足我礦的實(shí)際要求。2、并聯(lián)電容器的選擇我礦選用的電容器為bfm11/3-1w型并聯(lián)電容器。該電容器

11、的額 定工作電壓11kv,容量134kvar,三相三角形接法，具有自放電功能, 最高過電壓110%額定電壓，放高過電流130%額定電流。屯容容量的確定要考慮到開關(guān)、接觸器的容量，補(bǔ)償梯度大小對 電氣設(shè)備的影響及維護(hù)成本，還有各礦實(shí)際使用習(xí)慣。我礦廣泛采用 134kvar三和并聯(lián)電容器，我們認(rèn)為其補(bǔ)償梯度合理，設(shè)備費(fèi)效比高。 額定電壓的確定要考慮到變壓器低壓母線電壓的波動(dòng)和補(bǔ)償后母線 電壓升高的因素，并聯(lián)補(bǔ)償電容器的額定電壓應(yīng)大于并聯(lián)補(bǔ)償電容器 的實(shí)際工作電壓。3、斷路器的選擇qi -q6為單臺(tái)電容器提供主保護(hù)，我礦選用調(diào) twk10-1/br-2400-6 （無錫）有限公司高壓無功自動(dòng)控制裝置

12、。該開 關(guān)具有過流和速斷保護(hù)功能，我們一般將斷路器過流整定值整定在 32a,可有效保護(hù)電容過電流。該開關(guān)分?jǐn)嗄芰?qiáng)，分?jǐn)嚯娏骺蛇_(dá)25ka, 可靠性也比較高，單臺(tái)電容器故障時(shí)能可靠切除，不影響其它電容器 的運(yùn)行。q我們選用陜開kyn28a戶內(nèi)金屬鎧裝抽出式開關(guān)斷路器， 該斷路器具有電子式過流和速斷保護(hù)功能，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，分?jǐn)嗄芰?極強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的限流能力，可作為整套電容器組的后備保護(hù)。 采用上述兩種開關(guān)后，完全可以將電容故障限制在電容柜內(nèi)，而不對 配電系統(tǒng)產(chǎn)生影響。補(bǔ)償效果通過對全礦供電系統(tǒng)安裝并聯(lián)電容器組，向電網(wǎng)提供可階梯調(diào)節(jié) 的容性無功，補(bǔ)償多余的感性無功，使我礦實(shí)際功率因數(shù)提高到0. 90 以上，補(bǔ)償效果明顯。減少供電損耗，節(jié)約電費(fèi)我礦年用電量約為3500萬kwh,補(bǔ)償后功率因數(shù)從0. 75提高到 0. 90,則每年可減低費(fèi)用，按每度電0. 44元計(jì)算，可節(jié)約電費(fèi)