零过渡过程低压动态无功补偿装置的应用

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【摘 要】 在用电的无功补偿中，使用GX-LDB零过渡过程低压动态无功补偿装置，能有效地满足各技术要求，并提高用电各项技术性能。从其原理及技术特征进行阐述，进一步由用户端节电经济效益和技术效果理论分析，结合企业成功个案分析。阐明该装置的成功应用并值得推广。

【关键词】 零过渡过程低压动态无功补偿装置 高效节能 提高经济效益

本公司是年用电量约4千万Kw.h的生产大户，在2011年前持续了多年的无功功率因数因达不到地方用电无功功率cosψ≥0.9的标准。在每个月的电费缴交中，均要按国家规定接受罚款。针对此种无功功率因数不达标的现象，公司也曾通过尝试多种渠道来改善用电质量的问题。经过与本地市自动化技术研究开发院技术合作，由该院推荐引进使用GX-LDB零过渡过程低压动态无功功率补偿装置，将多年一直困扰的老问题彻底解决了。

1 补偿原理及技术特征

零过渡过程低压动态无功补偿，其原理是将无功补偿装置与电网视为一个有机的整体，以大功率电力电子开关为执行机构，ARM嵌入式系统为控制单元，通过检测电网和无功补偿装置的基本电物理量和零过渡过程条件，自动跟踪、分析电网和无功补偿装置的运行状态，根据电网的无功功率变化确定投切电容器组的组数，根据电磁能量守恒原理，在电容器无需放电的情况下，选择在系统零过渡过程时刻动态投切电容器组，使电网的动态电流和电压的非周期衰减分量接近零，从而实现真正零过渡过程动态无功补偿。

与国内外传统的无功补偿技术相比，该系列装置具有以下五个方面的技术创新[1]：

（1）安全性：零过渡过程投切电容器组，避免电容器投切产生过电压和过电流，使装置的使用寿命提高3～4倍，其它供用电设备的使用寿命延长、效率提高；（2）环保性：工作不产生谐波、不引起电压波形畸变、不产生投切振荡或投切涌流，可以抗谐波并吸收部分谐波，可抑制冲击负荷引起的电压波动，提高电压质量；（3）动态性：电容器组投切间隔响应速度比现行的国家和行业标准提高3000倍以上，可快速、动态补偿冲击负荷，抑制电压剧烈波动，改善电压质量，延长用电装置的使用寿命；（4）高效节能性：实时动态补偿，以不低于0.95的高瞬时功率因数替代平均功率因数，既可高效节能，又可增加供用电装置的出力。（5）经济性：使接入同一电网节点的所有用电装置的出力加大、寿命延长。因而，给供用电方带来直接可观经济效益的同时，也间接带来巨大的社会效益。

2 节电经济效益和技术效果理论分析

按我公司其中一台配电变压器容量为2000kVA，补偿容量为1200kVar，最大负荷年运行小时为8400h，补偿前功率因数为0.86，补偿后为0.95，标准功率因数为0.9，平均电价为0.65元/kWh，补偿前线损率为12%。负荷率为0.85，则可获得：

2.1 直接经济效益

（1）可提高变压器供电能力：189.47kVA，1年内有可能多供电创收83.53万元，可以减少电力增容，即：

2000（kVA）（1-0.86/0.95）=189.47 （kVA），

189.47（kVA）×0.95×8400（小时）×0.65（元/kW・h） ×0.85=835364（元/年）；

（2）降低线损：53% ，1年内降低电能损耗费：56.08万元；即：12%×53%[2]=6.36%，

2000（kVA）×0.95×6.36%×8400（小时）×0.65（元/kW・h）×0.85=560818（元/年）

（3）用户少支出功率因数导致的电费：119.74万元/年，即：

2000（kVA）×0.86×8400（小时）×0.65（元/kW・h）×0.85×15%（增收率）[2]，[3]=1197378（元/年）

2000（kVA）×0.95×8400（小时）×0.65（元/kW・h）×0.85×0.75%（减收率）[2]，[3]=66134（元/年）

2.2 间接经济效益和技术效果

2.2.1 改善电压质量、提高设备出力

电动机负荷的力矩正比于电压的平方。典型数据：若补偿前电压为：V=0.9VN，补偿后的电压为V+ΔV=VN（额定电压），则电动机负荷的力矩增加19%。

即：ΔV（2V+ΔV）=0.1×（2×0.9+0.1）VN=0.19 VN2。

若无功补偿将电压提高10%，则电动机负荷的出力将增加19%。

2.2.2 改善功率因数，提高设备出力

改造后功率因数提高：0.95-0.86=9%，提高变压器有功功率出力9%。

2.2.3 其它间接经济效益和技术效果

（1）抑制冲击负荷引起的电压剧烈波动，提高了配电系统的安全性和可靠性；（2）提高供电质量，提高产品生产的质量和产量；（3）提高用电设备的出力和用电效率；（4）延长补偿装置和电气设备的使用寿命；（5）减少变压器和线路的有功功率损耗和电压损耗；（6）减少配电网的谐波污染、减少谐波对自动装置、仪器、计量表计的干扰，减少了谐波引起的附加损耗。

通过上述节电经济效益和技术效果的分析，我们看出无功补偿技术在节能减排和提高公司经济效益方面的重要作用。

3 应用的成功个案分析

本公司在2012年5、6两个月份安装了三台零过渡过程动态无功补偿装置，工程费用约142万元。补偿无功分别为1100 kVar、1200 kVar、480 kVar，7月份开始投入运行，该装置一经投入运行，效果确实立杆见影，功率因数由补偿前的cosψ1分别为0.76、0.86、0.89，均达到补偿后的cosψ2=0.95，达到国家要求的cosψ≥0.9的用电标准以上。

同时，公司该两个电表计量点的月度电费由补偿前的扣罚马上转为奖励，按前后阶段取有代表性，可比性的3个月的无功奖罚平均金额数据进行统计，直接经济效益良好。A、B两计量点由参考扣罚-8557元、-29780元分别转为奖励+5600元、+9520元。

根据上述的数据，

对公司而言年节约电费开支为：（8557+5600）*12+（29780+9520）*12=169884+471600=64.1484万元

工程投入费用回收期：142/（1.4157+3.93）=26.56月

对国家而言能节约标准煤为：641484÷0.55×0.404=471.2吨

对环保方面可少排放的二氧化碳为：471.2×2.5=1178吨

少排放的二氧化硫为：471.2×0.02=9.42吨

公司2012年安装三台无功补偿装置的工程费用在满27个月后就全部回收，从第28个月开始就进入盈利阶段。对公司而言，这项节能减排的投入是非常划算的。同时保障了用电设备运行稳定性，从节约设备维保费用角度来说，也是一项附带产生的间接经济效益收入。

4 结语

在我国，像本公司类似状况可以说是数以万计的，通过实际发生的数据分析，得出结论。电能是二次能源，原煤转换为电能效率很低，只有30%，若将节省电能折算成节省标准煤，则每降低电能损耗1%，相当于降低标准煤消耗2.53%，因此，我们可以得出零过渡过程动态无功补偿装置的推广应用将给我国用电工矿企业节能技术迅猛发展产生重大影响，它将成为节能减排的重要手段。

参考文献：

[1] GB/T25839-2010.零过渡过程低压动态无功功率补偿装置.2010.12.

[2] 陆孟君.城乡电力网无功补偿技术.水利电力出版社，北京：1988.

[3] 靳龙章等.电网无功补偿实用技术.中国水利水电出版社，北京：1997.