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      聚焦:功率因數的概念及用電企無功補償

      文章出處:admin 人氣: 發表時間:2018-05-08 16:50

      無功是一種資源,無功功率決非無用功率,只是不能直接轉化為熱、光、機械能。但在電能的生產、變壓、輸送、分配及電磁能量轉換過程中起著重要作用。由于無功功率的作用和影響不像有功功率那樣直觀,因而用電企業普遍存在著重視有功,輕視無功的現象。

      無功和有功一樣是交流電能重要組成部分,形影相隨缺一不可,時刻影響著用電企業對電能的有效利用率和用電成本。無功功率作為電功率的一部分,時刻陪伴和呵護著用電設備的正常運行,為電力系統提供電壓支撐,為有功功率的輸送保駕護航。

      一、功率因數的概念

      電力系統中發電廠向用點企業輸送電能包括兩部分:一部分是用來發光、發熱、拖動機械等的功率叫有功功率;另一部分則是用來建立磁場,并為電能輸送及保障有功功率轉換所必不可少的往返交換功率叫無功功率。電網供應給用電企業的電能是有功功率和無功功率同時存在的,這種同時存在的功率稱之為視在功率,它們之間的關系式為:

       


       

       

      上式中角φ""是感性負載接于交流電路中時,電壓與電流之間的相位差角。功率因數亦可稱為交流電路中電壓與電流之間相位差角的余弦。電網供電中,若用電企業負載的cosφ很小,則無功功率必將占用一定份額的視在功率,導致電腦利用率下降和電能損耗的增加。當用電企業負載性質發生變化時,也必將造成cosφ和運行電壓的變化。為減少用電設備的電壓降和功率損耗,用電企業則需積極自覺地實施無功補償,以提高功率因數。

      根據余弦函數可知:無論采用何種方法的無功補償措施,其實質就是要減小電壓與電流之間的相位差角φ"",使之達到提高功率因數,改善運行電壓質量,降低電腦損耗,從而使用電企業降低電力成本。

      二、用電企業的無功功率消耗

      用電企業中使用的設備大部分是感性設備,它們運行中都要消耗無功功率,其消耗無功量的多少,主要取決于像異步發動機、配電變壓器等這樣的感性設備。

      如異步電動機消耗的無功功率為勵磁和漏磁兩部分,可近似估算。對一臺100kW異步電動機,其功率因數為0.8,在額定參數下運行,則要消耗75kvar的無功功率。配電變壓器消耗的無功功率也分為勵磁和漏磁兩部分,可近似估算。如一合1000kVA的變壓器,Ud=4.5%,Io=5,在額定參數下運行,消耗的無功功率約為95kvar。

      用電企業所需的電能一般要經過多級變壓和長距離輸送,不但感性用電設備要消耗無功功率,而且供電線路也要消耗一定量的無功功率,其消耗的無功量按Q=3I2X10-3kvar進行計量。用電企業總的無功功率消耗量是各項無功功率消耗量的總和,同時企業消耗的無功功率總和Q總,還與同期企業用電的總有功功率P總有關,其關系式為:
       

       


       

       

      式中tg中為企業各種感性設備功率因數的正切值。此見,當用電企 業總的功率因數小于0.8時,則消耗無功功率將大于有功功率,必須進行無功補償。

      三、無功的優化管理和補償

      電網供電中,無功與電壓存在著較強的耦合關系,無功電流變化比有功電流對負載電壓的影響大得多,無功功率在潛移默化地影響著電壓質量。為此,用電企業在優化無功管理的同時,還要積極實施無功補償,實現無功電源的優化配置,減少無功潮流,提高功率因數。

      無功電源不像有功功率那樣,只能由發電廠提供,而無功功率既可由發電機組提供,也可以由電容器、調相機、靜止無功補償裝置和靜止無功發生器等進行無功補償。

      發電機組作為無功電源可給用電企業提供無功功率,但對需經多級變壓的長距離傳送無功功率,若由發電機組提供必將產生不良影響:

      ①降低發電機有功功率的輸出;

      ②降低輸變設備的供電能力;

      ③造成輸電線路電壓損失增大;

      ④降低用電設備使用效率,嚴重時還會產生電壓波動,給用電安全造成危害。

      為此,用電企業消耗的無功功率,不能僅依賴大電機輸送,除優化無功管理外,還要采取各種措施進行無功補償,有利于提高用電企業的功率因數。

      1.提高設備的自然功率因數

      自然功率因數系指經人工補償前設備所具有的功率因數,即設備本身運行時的功率因數。提高自然功率因數,從本質上講是改善設備運行工況,從而降低設備自身的無功消耗,這是不需增加設備的無功補償。其方法有:

      ①合理選用異步發動機容量,避免“大馬拉小車”,使發動機處于最佳負載率工況下運行,這可改善功率因數;

      ②輕載運行異步發動機可將其定子接線由三角形改為星形運行,達到降低運行電壓改善功率因數;

      ③裝設空載自停裝置,當異步電動機較長處于空載運行時,該裝置能自動切斷電源,以減少無功消耗而改善功率因數。

      2.改善設備自身結構參數提高功率因數

      根據感性設備的阻抗三角形可知:其功率因數表達式為:


       

       

      式中的電阻R和感抗,可視為感性設備自身的兩個參變量,而功率因數cosφ可看出作參變量的函數。從式中可知:cosφ是隨R的增加,而變大,隨XL的增加而減小。因此對某些感性設備在允許的范圍內,通過改變設備自身的結構參數,將其電阻適當增大,或將感抗XL適當減小,即可達到設備自身功率因數改變的效果。

      因為,將感性設備自身參數中的感抗適當減小,或將其電阻適當增大,在保持設備阻抗基本不變的情況下,使其阻抗角即感性設備端電壓-5其通過的電流之間的相位差角減小,即可達到提高設備自身功率因數的效果。

      3.并聯電容器進行無功補償

      用電企業實施無功補償應根據無功就地平衡原則,使企業生產過程中消耗最低無功功率應從設置的無功補償電源提供,以維持運行電壓的合格。用電企業實施無功補償,應根據用電負荷性質及無功消耗的多少,確定從電網吸取無功量和企業補償裝置提供無功量之間最佳配合比例,實現無功就地平衡,從而提高企業對電腦利用率。

      用電企業實施無功補償的常用方法,即是在感性設備并聯電容器。因感性設備流過電流總是滯后電壓90°,而電阻流過電流-5電壓同相,其合成電流與電壓的夾角為 φ""。運用并聯電容器進行無功補償,即是將電容器與感性設備并聯,由于電容器容性電流超前電壓90°,則能抵消一部分感性電流,使總電流滯后電壓的相位差角減小,這是并聯電容器進行無功補償能提高功率因數的機理。

      用電企業實施無功補償,可在高壓側,也可在低壓側,可集中進行補償,也可分散就地補償。通過電容器與感性設備并聯進行無功補償,這是實現無功就地平衡的好辦法,不僅減少無功潮流,而且還能降低電壓損失,以而改善運行電壓質量。

      投功裝置,有利于無功負荷的實時平衡,維持用電企業消耗無功功率的合理與經濟分布。

      四、結束語

      保持無功功率供求平衡是一項復雜技術工作。用電企業實施無功補償,應根據本單位負荷性質和無功消耗情況,確定最佳無功補償量,才有利于提高功率因數,高效利用電能,降低功耗和電力成本。用電企業只有積極采取各項措施進行無功補償,才能改善電壓質量,使之獲得更好經濟效益。

       

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