某石化企業(yè)新上電力電容器進行無功補償?shù)男б娣治?/h1>

       摘要:通過分析石化企業(yè)新電容器無功補償?shù)慕?jīng)濟性,表明電容器無功補償裝置可以調(diào)整系統(tǒng)的線下功率因數(shù),實現(xiàn)良好的功率因數(shù),挖掘發(fā)電設(shè)備的潛力,節(jié)能降耗,充分提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

           關(guān)鍵詞:無功率補償;功率因數(shù);經(jīng)濟效益

           企業(yè)動力生產(chǎn)管理部投資新電容器補償裝置前,35KV該系統(tǒng)有兩個無功源,一個來自吉利變電站110KV,即總進線系統(tǒng)無功,二是三臺發(fā)電機組多發(fā)無功功率。目前,35kV總無功負荷約277MVAR,當吉利變電站發(fā)生故障或解除動力部發(fā)電機事故時,會導(dǎo)致35kV嚴重缺乏系統(tǒng)無功,終端壓降大,系統(tǒng)損耗大,無 ** 大型電氣設(shè)備經(jīng)常啟動,對生產(chǎn)影響很大。

           動力部作為企業(yè)供電總站,35KV主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的經(jīng)濟和運行越來越受到重視。減少網(wǎng)絡(luò)損壞,提高電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電效率和經(jīng)濟運行是我廠面臨的實際問題,也是我廠降低電力能耗的主要方向之一。因此,在35歲KV根據(jù)實際情況采用無功補償裝置,提高功率因數(shù),減少網(wǎng)絡(luò)損壞,提高電能質(zhì)量,提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性具有重要意義。

           1.無功補償概述

           電力系統(tǒng)的大多數(shù)無功補償裝置都是針對某個節(jié)點的無功補償。這是因為無功產(chǎn)生不消耗電能,但無功功率沿電網(wǎng)傳輸會導(dǎo)致電壓損失和功率損失。傳統(tǒng)的無功補償裝置主要是同步調(diào)節(jié)相機和并聯(lián)電容器。與兩者相比,并聯(lián)電容器是一種廣泛應(yīng)用于無功補償領(lǐng)域的補償裝置,具有簡單、經(jīng)濟、靈活、方便、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點,電容補償主要是固定的無功補償,如果電容分組切割能好地適應(yīng)負載無功的動態(tài)變化,這是一種分級無功調(diào)節(jié)。

           因此,通過電容器補償無功功率,可以提高系統(tǒng)的運行電壓,提高用戶的電壓質(zhì)量,改變電網(wǎng)的無功趨勢分布,減少網(wǎng)絡(luò)中的功率損失和電壓損失

           2 電容器補償?shù)脑砗鸵饬x

           企業(yè)的電力負荷主要是電力變壓器、輸電線路電感器和下級設(shè)備的電壓等級電機,其部分屬于感性負荷,在運行過程中需要為這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。感性負荷導(dǎo)致電網(wǎng)功率因數(shù)低,增加電網(wǎng)能耗,影響發(fā)電機輸出功率,影響變電站和輸電的供電能力,增加輸電線路的電壓降。因此,無功功率補償是企業(yè)的重要工作。

           企業(yè)電力系統(tǒng)中的無功電源主要來自3臺發(fā)電機和110臺發(fā)電機KV對于外網(wǎng)系統(tǒng),單靠發(fā)電機和外線不能滿足系統(tǒng)對無功電源的需求。一是外電網(wǎng)響應(yīng)緩慢,二是動力部3臺發(fā)電機110KV線路功率因數(shù)均處于高無功功率狀態(tài),事故時補償裕度非常有限,因此通過新電容器組進行無功補償是不錯的選擇。

           根據(jù)電路原理,當電流在電感元件中工作時,電流滯后于電壓90o。當電流在電容元件中工作時,電壓滯后于電流90o。在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180o,兩者的電流相互抵消,縮小了電流矢量和電壓矢量之間的夾角。感性負荷的有功電流IH與電壓U假設(shè)電感和電容感和電容的合成電流為I1.無功功率為Q1,功率因數(shù)cosφ1.各相量的相位關(guān)系如下圖所示。

    圖1

           從圖1可以看出,電感兩端并聯(lián)電容器后,電壓滯后于容性無功電流IC為90°(其無功功率為QC),總無功電流I'L=IL IC。因為IL與IC相反,所以IL減小到I'L,而IH與IL的合成電流I2小于電容器補償前I1的值,功率因數(shù)也由cosφ1提高到cosφ2.電容器補償后的無功功率為Q2=Q1-QC。

           3 電容器無功補償效益分析

           為了優(yōu)化熱電站35kV系統(tǒng)功率因數(shù)不0.9.確保系統(tǒng)電壓質(zhì)量。2011年10月,動力部新建了24萬臺電容器補償裝置kvar,對全廠35KV系統(tǒng)集中補償無功功率,將高壓電容器組集中在35KV高壓開關(guān)站。補償電容器分為四組,每組60組kvar,分別安裝在35KVI段和II段。本文通過對電容器補償裝置前后四個月數(shù)據(jù)的研究,從以下幾個方面分析了無功補償?shù)男б妗?/p>

           3.1提高系統(tǒng)功率因數(shù)

           自2011年12月7日投入三組電容器補償裝置以來,動力部熱電系統(tǒng)總進線功率因數(shù)增加了1.三個百分點。功率因數(shù)增加后,電費大幅減少。補償前,由于熱電系統(tǒng)的功率因數(shù)不能滿足電力局的要求(電力局要求0).9以上,若0.9加收費用0的,.9.電費將按高出百分點減免),并經(jīng)常被罰款。電力部安裝電容器補償裝置后,不僅沒有罰款,而且每月獲得相應(yīng)的獎勵。

           根據(jù)電力系統(tǒng)供電方式的無功經(jīng)濟計算方法,每安裝1萬元kvar并聯(lián)電容器裝置的功率因數(shù)為0.9時,無功經(jīng)濟當量為0.062千瓦/千乏,則每小時可節(jié)電62度,用電容器總?cè)萘繛?4000kvar節(jié)電為1500度,全年按實際運行8700小時計算,可節(jié)電130萬度,每千瓦時節(jié)電成本為0.計算53元,全年節(jié)電70萬元。

           3.減少線路損失

           電流下降表明系統(tǒng)線路電壓損失相應(yīng)減小,節(jié)約能耗,有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。當電流通過電阻時R電源損失為:

           △P=3I2R×10-3(kW)

           或=P2 Q2U2/R×10-3(kW)

           式中:I—流過線路的電流,A;Q—線路傳輸無功功率,kVA;

           cosφ—線路負荷的功率因數(shù)。

           由于有功損失和cos2φ因此,成反比提高了功率因數(shù)cosφ損失可以大大降低。

           3.3.提高變壓器利用率

           動力部共有6臺高壓變壓器,2臺系統(tǒng)側(cè)高壓變110臺KV/35KV,3臺發(fā)電機-變壓6KV/35KV,1臺高備變110KV/35KV,輸入電容器無功補償后,系統(tǒng)功率因數(shù)的提高不僅減少了線路損耗,而且提高了變壓器的功率因數(shù),大大降低了變壓器的銅損耗。據(jù)統(tǒng)計,35kV系統(tǒng)實施功率因數(shù)補償措施后,變壓器平均功率因數(shù)從0.7提高到0.9附近有功損失降低20%~40%的系統(tǒng)變線損耗每年減少160萬元。但由于發(fā)電機側(cè)變壓器在高負荷下工作,停機后,由于熱脹冷縮,發(fā)電機出口的絕緣管母線為1#變壓器和2#變壓器連接處漏油。目前,動力部技術(shù)組正在尋找解決方案。

           3.挖掘發(fā)電設(shè)備的潛力

           3.4.11提高發(fā)電機功率因數(shù)

           在發(fā)電機容量不變的情況下,提高功率因數(shù)可以少發(fā)無功,多發(fā)有功。多發(fā)有功功率△P計算如式(1):△P=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(1)

           其中,P提高功率因數(shù)前的有功功率;P一是功率因數(shù)增加后的有功功率;cosφ、cosφ1.電容器補償前后的功率因數(shù);S用電設(shè)備的額定容量。

           企業(yè)電力系統(tǒng)采用無功補償后,動力部3臺發(fā)電機可以少發(fā)無功,多發(fā)有功,實現(xiàn)銘牌輸出,設(shè)置過高的無功功率。動力部1#發(fā)電機、3#發(fā)電機的功率因數(shù)均達0.實際負荷要求,兩臺機器的有功功率為4.5~5萬臺發(fā)電機周期長,運行正常。目前,兩臺發(fā)電機的發(fā)電量過2011年的三臺發(fā)電機。一旦一臺機組在電容器補償后擺動負載,另外兩臺機組也可以響應(yīng),大大提高無功功率,維持系統(tǒng)電壓。當外部電網(wǎng)短路時,也可以填補無功缺口,保持系統(tǒng)穩(wěn)定。

           功率因數(shù)增加后,發(fā)電設(shè)備的輸出得到改善,消除了以往通過發(fā)電機組提升系統(tǒng)無功的瓶頸。發(fā)電機功率因數(shù)長期額定功率因數(shù)0.8.可以解決長期低功率因數(shù)運行導(dǎo)致發(fā)電機壽命縮短的隱患。

           3.4.2 降低無功功率

           系統(tǒng)所需的有功率保持不變。如果需要的無功率減少,則需要投入的電氣設(shè)備容量S1也會相應(yīng)減少,減少量△S如式(2):

           △S=S-S1=P(1/cosφ-1/cosφ1)(2)

           減少供電設(shè)備容量占原容量S的百分比為

           △S/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1)(3)

           電容器投入前,電力生產(chǎn)管理部運行發(fā)電機的總無功發(fā)電量約為6.8萬kW,發(fā)電機功率因數(shù)平均為0.72.電容器投入后,運行發(fā)電機的總無功發(fā)電量約為4.6萬kW,發(fā)電機功率因數(shù)平均為0.95。由電容器投入前后發(fā)電機的總無功發(fā)電量可以看出,無功減少量達到2.2萬kW,電容器補償效果顯著。也可以通過公式(3)獲得,△S/S為24.5%。


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