冶金企業局域供電系統無功補償與節能降耗淺析

高海濤 裴虹

【摘要】無功潮流在電網系統中流動，會增加電能損耗，導致電壓降低，引起電壓偏差。而冶金企業因其用電特點，感性用電負荷較多，忽視無功潮流分布勢必導致配電系統損耗增加，增加企業的用電成本。無功補償是電網運行中最常用、最有效的降損節能技術措施之一，利用無功補償設備在負荷終端就地提供必要的無功功率，可以有效提高電網的功率因數，改善配電系統無功潮流分布，降低系統損耗，改善電網電壓質量，降低企業生產用電成本。

【關鍵詞】 配電系統、無功補償、節能降耗、用電成本

1、引言

冶金企業原料、儲運、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工序均需消耗大量電能，在企業發展及電力供應過程中逐步形成了一個以企業用電為中心的局域供電系統。由于企業不斷發展，負荷不斷增加，不但改變了企業局域配電系統的網絡結構，也改變了系統的電源分布，造成系統的無功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區無功嚴重不足，電壓水平普遍較低的情況。由于認識上存在誤區，認為無功補償是電力系統的事，與用戶沒有多大關系，忽視無功的補償和管理。無功補償的實質是要盡量減少無功功率在電力網絡中傳遞，就地安裝無功補償裝置，滿足用戶及網絡元件對無功功率的需求，從而能降低整個網絡的線路有功損耗，改善整個網絡的電壓質量，降低企業用電成本。

2、無功潮流與電網損耗

2.1電網電能損耗

電力系統運行的經濟性和電能質量與無功功率有重大的關系。無功功率是電力系統一種不可缺少的功率。大量的感性負荷和電網中的無功功率損耗，要求系統提供足夠的無功功率，否則電網電壓將下降，電能質量得不到保證。同時，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統運行的經濟性。

電網元件中有功電能損耗（A0）計算：A0=3Ijf 2RT*10-3

其中：R為元件的電阻;T為運行時間;I jf 為方均根電流。

通過以上可以看出電網元件中的有功損耗，與流過元件的電流平方成正比，與元件的電阻成正比。因此降低流過電網元件電流值，減小電阻值均可以元件有功功率損耗。

2.2功率因數對電網有功損耗的影響分析

流過三相電網元件電流：? ?I= P/（1.732* UN * COSФ）

I—流過元件的負荷電流（A）;P—輸送功率（KW）;UN—電氣元件額定電壓（KV）;COSФ—功率因數。

通過以上分析可見在電氣元件流過相同功率的情況下，負荷側需求的無功越少（即功率因數越高），流過元件電流越小，在上級電網元件中造成的有功損耗越小。因此，合理的無功補償點的選擇以及補償容量的確定，用電終端就地進行精準的無功補償，能夠有效地維持系統的電壓水平，提高系統的電壓穩定性，避免大量無功的遠距離傳輸，可以有效降低供電過程中的有功損耗。

3、影響功率因數的因素

3.1異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。

3.2供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

3.3電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響，電弧爐冶煉等均要消耗大量的無功功率。

以上論述了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

4、電力用戶終端安裝無功補償裝置提高功率因數的分析

4.1用戶終端提高功率因數可有效減少電能損失，降低用電成本。

根據有功損耗：A0=（P2/U2COS2φ）RT*10-3

以上可知電網元件電能損耗與功率因數成反比，提高用戶終端用電設備功率因數可以有效降低有功損失率（ΔA%）。

測算無功補償降低電力系統能耗的作用情況，有功損失率：ΔA%=[1-（cosφ1/cosφ2）]×100%，也就是說當功率因數從0.6提高到0.90時，有功損耗率降低33%左右?？梢娫谟脩艚K端負荷功率因數確定的情況下，合理地配置無功補償裝置可以達到降低有功損耗的目的，且節能效果明顯。

4.2用戶終端提高功率因數可選用較小容量的變壓器，提高設備利用率。

因為視在功率P=1.732*UICOSφ，功率因數提高后，有功功率P相應增加，可見提高功率因數不但可以降低網損，還可提高設備利用率。例如可選用較小容量的變壓器，減少變壓器的一次性投資和支付給電業部門按變壓器容量收取的年基本電費;從另一方面說，如果設備輸送容量一定，功率因數提高，輸送的有功功率將增加。

4.3用戶終端提高功率因數，減少電壓降，改善電壓質量

電網在進行功率傳輸時，電流將在線路等阻抗上產生電壓損耗△U，假如始端電壓為U1，末端電壓為U2，則電壓損耗計算公式為：

式中：P—線路傳輸的有功功率（KW）;Q—線路傳輸的無功功率（Kvar）;Un—線路額定電壓（kV）;R、X—線路電阻、電抗（Ω）

若保持有功功率恒定，而R和X為定值，無功功率Q愈小，則電壓損失愈小，電壓質量就愈高。當線路安裝容量為QC的并聯電容器補償裝置后，線路的電壓損耗變為：

可以看出，采取無功補償以后，線路傳輸的無功功率變小，相應減少了線路電壓的損耗，提高了配電網的電壓質量。為了提高企業無功功率補償裝置的經濟效益，無功補償應遵循就地補償，就地平衡的原則以滿足需要，借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。

5、冶金企業內部可實行力調電費，提高系統功率因數

力調電費是指根據電力用戶功率因數的高低，加收總電費百分數，即“調整率”，“調整率”是根據功率因數的高低是不同的，功率因數高費率就低，功率因數低費率就高，是一種激勵政策，而冶金企業內部供電往往忽視此激勵措施，導致內部用戶缺乏積極性。

冶金企業供電部門可借助電力行業力調電費管理經驗，對企業局域供電系統內部不同用戶的功率因數按照一定的數值進行收取電費，激勵終端用戶主動就低提高功率因數，優化企業局域供電系統內無功潮流分布，降低企業供電成本，無功補償是企業開支節流的有效途徑。

6、結論

本文重點從提高功率因數對冶金企業局域供電系統節能降耗，降低供電成本進行了分析論證，明確了冶金企業局域供電系統內用戶終端設備通過合理增加無功補償裝置提高用電終端功率因數可以降低企業生產用電成本。積極建議企業內部能源管理部門積極學習電力行業管理經驗，實行“力調電費”管理激勵措施可達到優化企業局域供電系統無功潮流，降低供電成本的目的，從而降低噸鋼、噸鐵的電單耗指標，為企業開源節流降低產品成本起到積極作用。

參考文獻：

[1]王清葵，《送電線路運行和檢修》[M] 出版社： 中國電力出版社出版? 2004年? 出版地：北京三里河路6號? 頁碼：46—63

[2]《注冊電氣工程師執業資格考試輔導教材》[M]? 出版社： 中國電力出版社出版? 2004年? 出版地：北京三里河路6號? 頁碼：252—256