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鍋爐房加裝電容器無(wú)功功率補(bǔ)償效益分析

發(fā)布時(shí)間:2017-04-27

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  襄陽(yáng)源創(chuàng)電氣有限公司小王告訴我們:一、概論
 
  由于歷史的原因,我國(guó)供熱行業(yè)用電向來(lái)只重視有功負(fù)荷、有功電量,忽視無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功電量,認(rèn)為能源換來(lái)有功電量,而無(wú)功不是能源,進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償對(duì)供熱站本身沒(méi)有任何好處等。供熱鍋爐房 主要用電設(shè)備是電動(dòng)機(jī),消耗的無(wú)功功率多,且長(zhǎng)期沒(méi)有無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)施,造成供熱站鍋爐房長(zhǎng)期以來(lái)功率因數(shù)偏低,電能浪費(fèi)嚴(yán)重。因此,除改善設(shè)備本身的自 然功率因數(shù)外,供熱站應(yīng)采用人工補(bǔ)償措施,以提高功率因數(shù),降低電能消耗,減少運(yùn)行成本,充分發(fā)揮供配電設(shè)備的潛力,提高供電效率,節(jié)約用電量。
 
  二、無(wú)功功率補(bǔ)償原理
 
  當(dāng)電網(wǎng)電壓的波形為正弦波,且電壓與電流同相位時(shí),電阻性電氣設(shè)備如白熾燈、電熱器等從電網(wǎng)上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積,即:P=U×I。
 
  電感性電氣設(shè)備如電動(dòng)機(jī)和變壓器等由于在運(yùn)行時(shí)需要建立磁場(chǎng),此時(shí)所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率,故被稱(chēng)為無(wú)功功率Q。此時(shí)電流滯后電壓一個(gè)角度a。在選擇變配電設(shè)備時(shí)所根據(jù)的是視在功率S,即有功功率和無(wú)功功率的幾何和:
 
  S=(P2+Q2)1/2
 
  無(wú)功功率為:Q=(S2-P2)1/2
 
  有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù):cosa=P/S
 
  無(wú)功功率決不是無(wú)用功率,它的用處很大。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)用功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率,才能使變壓 器的一次線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng),在二次線(xiàn)圈感應(yīng)出電壓。因此,沒(méi)有無(wú)功功率,電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),變壓器也不能變壓,交流接觸器不會(huì)吸合。為了形象地說(shuō)明問(wèn)題,現(xiàn)舉 一個(gè)例子:農(nóng)村修水利需要挖土方運(yùn)土,運(yùn)土?xí)r用竹筐裝滿(mǎn)土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是無(wú)功功率,竹筐并不是沒(méi)用,沒(méi)有竹筐泥土怎么運(yùn)到堤 上呢?
 
  在正常情況下,用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率,同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú) 功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng),那么,這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作,用電設(shè)備的端電壓就要下降,從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
 
  從發(fā)電機(jī)和高壓電線(xiàn)供給的無(wú)功功率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了負(fù)荷的需要,所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充無(wú)功功率,以保證用戶(hù)對(duì)無(wú)功功率的需要,這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的道理。
 
  三、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)男б娣治?/div>
 
  (一)減少線(xiàn)路功率損失,節(jié)約用電
 
  減少無(wú)功功率,可以降低供配電線(xiàn)路和變壓器中的功率消耗。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí),線(xiàn)損的計(jì)算式為:
 
  △P=3I2R×10-3=[P/(Uecosφ)]2×R×10-3
 
  其中,I為線(xiàn)路或變壓器通過(guò)的電流;R為線(xiàn)路或變壓器中每相的電阻;Ue為線(xiàn)路的額定電壓;P為線(xiàn)路或變壓器輸送的有功功 率;cosφ為負(fù)荷的功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2后,若忽略因提高功率因數(shù)而減少電壓損失時(shí)對(duì)負(fù)荷電壓的影響,則線(xiàn)路或變壓器中有 功功率的減少值百分?jǐn)?shù)為:
 
  △P%=(△P1-△P2)/△P1×100%
 
  =[1-(cosφ1/cosφ2)2]×100%
 
  例如:當(dāng)功率因數(shù)由cosφ1=0.8提高到cosφ2=0.95時(shí)可降低功率損耗29%;若功率因數(shù)由cosφ1=0.95降低到cosφ2=0.8時(shí),線(xiàn)損將增加41%。
 
  以上分析可以看出,在輸送同樣的功率時(shí),由于功率因數(shù)不同,在電網(wǎng)中造成的有功損耗相差較大。
 
  無(wú)功功率補(bǔ)償節(jié)電效果極其顯著。
 
 ?。ǘ┨岣吖┡潆娫O(shè)備的負(fù)荷能力,降低投資成本
 
  1.在同樣視在功率的條件下,增加無(wú)功補(bǔ)償,可以提高有功功率。設(shè)線(xiàn)路或變壓器輸送的視在功率為S,安裝了補(bǔ)償容量QC后,提高了功率因數(shù)。在視在功率不變條件下,使輸送有功功率的能力增加了△P。
 
  △P=P2-P1=S(cosφ2-cosφ1)
 
  其中,P1為補(bǔ)償前的大有功功率;P2為補(bǔ)償后的大有功功率;cosφ1為補(bǔ)償前的大功率因數(shù);cosφ2為補(bǔ)償后的大功率因數(shù)。
 
  增加△P所需的無(wú)功功率即無(wú)功補(bǔ)償容量為:
 
  QC=Q1-Q2=S(cosφ1tanφ1-cosφ2tanφ2)
 
  例如:當(dāng)cosφ1=0.8時(shí),1000kVA的變壓器在滿(mǎn)負(fù)荷情況下能供給800kVA的負(fù)荷;若將cosφ2提高到0.95,則在滿(mǎn)負(fù) 荷情況下可供950kVA的負(fù)荷,即可增加△P=1000×(0.95-0.8)=150kVA,提高了19%的有功輸送能力。
 
  2.在同樣有功負(fù)荷條件下,增加電容補(bǔ)償??梢詼p少視在功率。在有功功率P不變的條件下,當(dāng)補(bǔ)償QC后,可以減少視在功率。無(wú)功補(bǔ)償后,變壓器可以減少的視在功率為:
 
  △S=S1-S2=P(1/cosφ1-1/cosφ2)
 
  其中,S1為補(bǔ)償前的大視在功率;S2為補(bǔ)償后的大視在功率;P為變壓器的有功功率;cosφ1為補(bǔ)償前的大功率因數(shù);cosφ2為補(bǔ)償后的大功率因數(shù)。
 
  例如:某供熱鍋爐房用電負(fù)荷為450kW,功率因數(shù)為0.8,欲將功率因數(shù)提高到0.95后,則變壓器容量減少89kVA。變壓器 選定額定容量可由630kVA減少到500kVA,容量降低一級(jí)。另外,當(dāng)輸送功率一定時(shí),由于負(fù)荷功率因數(shù)的提高,總的電流將相應(yīng)降低,配電設(shè)備和導(dǎo)線(xiàn) 截面也均可相應(yīng)選擇小一些,降低了投資成本,減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)。
 
  (三)減少電壓損失,改善運(yùn)行條件
 
  減少無(wú)功功率,可以降低線(xiàn)路及變壓器中的電壓損耗。在三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載下,其電壓損失為:
 
  其中,P為線(xiàn)路輸送的有功功率;Q為線(xiàn)路輸送的無(wú)功功率;R為線(xiàn)路的電阻;X為線(xiàn)路的電抗;Ue為線(xiàn)路的額定電壓。
 
  在變壓器低壓側(cè)裝設(shè)了補(bǔ)償容量Qc后,其電壓損失減少(即電壓升)為:
 
  △Ub=△U1-△U2=QcX/(10Ue2)≈Qc/Se×Ud
 
  在線(xiàn)路末端裝設(shè)補(bǔ)償容量Qc后,線(xiàn)路電壓損失減少(末端電壓升)值可近似按下式計(jì)算:
 
  △U2%=Qc/(1000Ue2)×XL×100%
 
  其中,Qc為補(bǔ)償電容器的投運(yùn)容量;Sc為變壓器的額定容量;Ud為變壓器的阻抗電壓;XL線(xiàn)路的電抗。對(duì)1000kVA以下的配電變壓器及1000V以下的低壓配電線(xiàn)路,采用電容補(bǔ)償后,對(duì)提高電壓質(zhì)量比較顯著。
 
  四、結(jié)論
 
  從上可以看出,在供熱鍋爐房中加裝電容器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償,不但可以提高功率因數(shù),節(jié)約有功電量,降低線(xiàn)路損耗和變壓器損耗,減少 運(yùn)行成本,還可以提高鍋爐房供配電設(shè)備的負(fù)荷能力,降低新建鍋爐房投資成本,減少電壓損失,改善運(yùn)行條件,使供熱站循環(huán)泵及鼓引風(fēng)電機(jī)更容易啟動(dòng)。
 
  隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源的供需矛盾也日益突出,人們的節(jié)能意識(shí)也不斷提高。供熱行業(yè)也應(yīng)該積極進(jìn)行技術(shù)改造,降低生產(chǎn)成本,節(jié)約能源,更好地為人民服務(wù)。
 
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