改进无功补偿设备,提高邯钢集团邯宝公司供配电系统功率因数
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[摘 要]本文对邯钢集团邯宝公司各二级厂无功补偿装置进行了自主改进情况进行了简述，并将高压供配电系统的功率因数提升后系统运行电流情况进行了分析对比。
中图分类号：P560 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0009-01
一、前言
在电力系统中，由于无功功率不足，会使系统电压及功率因数降低，从而损坏用电设备，严重时会造成电压崩溃，使系统瓦解，造成大面积停电。另外，功率因数和电压的降低还会使电气设备得不到充分利用，造成电能损耗增加，效率降低，从而限制了线路的送电能力，影响电网的安全运行及用户的正常用电。
二、无功补偿设备简介
无功功率补偿简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高。
无功补偿设备的主要作用如下：1）改善功率因数。要尽量避免发电机降低功率因数运行，同时也防止从远方向负荷输送无功引起电压和功率损耗；应在用户处实行低功率因数限制，即采取就地无功补偿措施。2）改善电压调节。负荷对无功需求的变化，会引起供电点电压的变化；对这种变化若从电源端进行调节，会引起一些问题，而补偿设备就起起着维持供电电压在规定范围内的重要作用。3）调节负荷的平衡性。当正常运行中出现三相不对称运行时，会出现负序、零序分量，将产生附加损耗，使整流器波纹系数增加，引起变压器保护等，经补偿设备就可使不平衡负荷变成平衡负荷。
邯钢集团邯宝公司各二级厂供电系统原设计均设计有无功补偿设备，但由于设备自身缺陷，生产工艺情况改变等等原因导致各二级厂高配室过补偿现象严重，致使多数无功补偿设备均未完全投入，若各二级厂供配电系统长期按此方式运行，存在以下缺点：1）提高线路损耗及变压器铁芯损耗，增加了邯钢集团邯宝公司整体电费支出，与公司当前节电创效方针相悖。2）降低功率因数，使供电公司因为功率因数较低对企业进行罚款。3）降低电网质量，增加邯钢集团邯宝公司整个供电系统的谐波量，容易引起供配电系统事故。4）减少供电设备负载能力，降低了设备出力。
四、改造方案确定。
针对上述问题，经组织相关电力系统专家及各二级厂相关人员多次讨论，制定如下改造方案：1）重新计算各二级厂高压配电室负载情况，优化负荷分配方式，解决过补偿问题。将原两段供电系统的负载进行从新分配，将不影响生产的大功率泵组及大功率风机配置成一段供电，以消耗无功补偿装置过补偿量，在提高功率因数的同时也解决了过补偿的问题。2）通过静态无功补偿装置改造为自动投切电容器组的动态无功补偿装置，消除过补偿问题。3）根据邯钢集团邯宝公司供配电系统的整体情况，采取优化变压器负载率等技术措施保证功率因数稳定在一个较高的水平。
五、技改措施实施。
1、认真计算各二级厂高配室负载率，优化负载运行方式，最大化平衡无功补偿量，消除过补偿现象。以邯钢集团邯宝公司焦化厂为例进行说明，邯钢集团邯宝公司焦化厂干熄焦高配室原设计有功功率为3625KW，无功功率2342KW，原设计补偿量为900KVA，实际运行有功功率为2300kW，无功功率为1486kW，一旦投入无功补偿装置势必造成过补偿，根据其的实际情况对该高配室供配电方式进行了优化，将原两段供电系统的负载进行从新分配，将不影响生产的大功率泵组及大功率风机配置成一段供电，以消耗无功补偿装置过补偿量，在提高功率因数的同时也解决了过补偿的问题。
2、通过静态无功补偿装置改造为自动投切电容器组的动态无功补偿装置，消除过补偿问题。以邯钢集团邯宝公司炼钢厂为例进行说明，邯钢集团邯宝公司炼钢厂转炉高配室原设计无功补偿方式为静态固定容量无功补偿方式，补偿量为1500KVA，由于原设计有功功率与实际运行有功功率相差较大，且炼钢转炉生产时有功功率变化较大的特点，固定式静态无功补偿装置已不能满足生产要求，决定将其技术改造为自动投切电容器组的无功补偿装置，具体原理简介如下：正常生产时控制器以0.1um的时间循环扫描电压互感器与电流互感器的数值，从而得出实时的负载值，并通过控制器进行模糊辨识，得出实施所需的无功补偿量，将补偿结果通过控制回路的继电器来控制电容器组1与电容器组2的投切。如图1所示。
3、对邯钢集团邯宝公司各个二级厂区域内的变压器进行优化，使变压器能够在经济负载率区间运行。变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因此，为了保证邯钢集团邯宝公司供配电系统的功率因数，要求各二级厂区域内变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
4、确保电力系统的供电电压尽可能保持稳定。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。
六、实施效果
通过对邯钢集团邯宝公司各二级厂无功补偿设备进行了系统性的优化及改进，并根据各自的供配电系统功率因数进行投切，提高邯钢集团邯宝公司整体供配电系统平均功率因数至0.94，与改造前比较提升了约10%。同时也大大的降低了线路损耗，累计邯钢集团邯宝公司供电系统每小时降低 156A，每年创效约68万元。
参考文献
[1]郑亚伟、王静.煤炭企业变电站高压无功自动补偿装置的研究. 河北煤炭，2009，38（06）.
[2]冯冰艳.提高功率因数的意义和方法.煤炭技术.2009，28（11）.
作者简介
范杰 大学本科学历 2005年参加工作 电气自动化工程师 多次主持并参与邯钢集团邯宝公司电气设备改造工作。