淺析供熱鍋爐房無功功率補償?shù)囊饬x

淺析供熱鍋爐房無功功率補償?shù)囊饬x

論文關鍵詞：供熱鍋爐房無功功率補償功率因數(shù)能源節(jié)約

論文摘要：文章介紹了無功功率的補償原理，分析了無功功率補償?shù)囊饬x和效益，提出了應在供熱鍋爐房中積極采用無功功率補償技術，以降低供熱鍋爐房投資和運行成本，節(jié)約能源。

在交流電路中，由電源供給負載率有兩種：一種是有功功率，一種是無功功率。

有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的電功率。比如：千瓦的電動機就是把千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機械能，帶動水泵抽水或脫粒機脫粒；各種照明設備將電能轉(zhuǎn)換為光能，供人們生活和工作照明。有功功率的符號用P表示，單位有瓦、千瓦、兆瓦。

無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率來發(fā)光外，還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號用Q表示，單位為乏或千乏。

一、概論

由于歷史的原因，我國供熱行業(yè)用電向來只重視有功負荷、有功電量，忽視無功負荷和無功電量，認為能源換來有功電量，而無功不是能源，進行無功補償對供熱站本身沒有任何好處等。供熱鍋爐房主要用電設備是電動機，消耗的無功功率多，且長期沒有無功功率補償設施，造成供熱站鍋爐房長期以來功率因數(shù)偏低，電能浪費嚴重。因此，除改善設備本身的自然功率因數(shù)外，供熱站應采用人工補償措施，以提高功率因數(shù)，降低電能消耗，減少運行成本，充分發(fā)揮供配電設備的潛力，提高供電效率，節(jié)約用電量。

二、無功功率補償原理

當電網(wǎng)電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時，電阻性電氣設備如白熾燈、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。

電感性電氣設備如電動機和變壓器等由于在運行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率，故被稱為無功功率Q。此時電流滯后電壓一個角度a。在選擇變配電設備時所根據(jù)的是視在功率S，即有功功率和無功功率的幾何和：

S=1/2

無功功率為：Q=1/2

有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù)：cosa=P/S

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無用功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。為了形象地說明問題，現(xiàn)舉一個例子：農(nóng)村修水利需要挖土方運土，運土時用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么運到堤上呢？

在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

從發(fā)電機和高壓電線供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設無功補償裝置的道理。

三、無功功率補償?shù)男б娣治?/p>

減少線路功率損失，節(jié)約用電

減少無功功率，可以降低供配電線路和變壓器中的功率消耗。當電流通過導線時，線損的計算式為：

△P=3I2R×10-3=[P/]2×R×10-3

其中，I為線路或變壓器通過的電流；R為線路或變壓器中每相的電阻；Ue為線路的額定電壓；P為線路或變壓器輸送的有功功率；cosφ為負荷的功率因數(shù)。當功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2后，若忽略因提高功率因數(shù)而減少電壓損失時對負荷電壓的影響，則線路或變壓器中有功功率的減少值百分數(shù)為：

△P%=/△P1×100%

=[1-2]×100%

例如：當功率因數(shù)由cosφ1=提高到cosφ2=時可降低功率損耗29%；若功率因數(shù)由cosφ1=降低到cosφ2=時，線損將增加41%。

以上分析可以看出，在輸送同樣的功率時，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。無功功率補償節(jié)電效果極其顯著。

提高供配電設備的負荷能力，降低投資成本

1．在同樣視在功率的條件下，增加無功補償，可以提高有功功率。設線路或變壓器輸送的視在功率為S，安裝了補償容量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

其中，P1為補償前的最大有功功率；P2為補償后的最大有功功率；cosφ1為補償前的最大功率因數(shù)；cosφ2為補償后的最大功率因數(shù)。

增加△P所需的無功功率即無功補償容量為：

QC=Q1-Q2=S

例如：當cosφ1=時，1000kVA的變壓器在滿負荷情況下能供給800kVA的負荷；若將cosφ2提高到，則在滿負荷情況下可供950kVA的負荷，即可增加△P=1000×=150kVA，提高了19%的有功輸送能力。

2．在同樣有功負荷條件下，增加電容補償。可以減少視在功率。在有功功率P不變的條件下，當補償QC后，可以減少視在功率。無功補償后，變壓器可以減少的視在功率為：

△S=S1-S2=P

其中，S1為補償前的最大視在功率；S2為補償后的最大視在功率；P為變壓器的有功功率；cosφ1為補償前的最大功率因數(shù)；cosφ2為補償后的最大功率因數(shù)。

例如：某供熱鍋爐房用電負荷為450kW，功率因數(shù)為，欲將功率因數(shù)提高到后，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。另外，當輸送功率一定時，由于負荷功率因數(shù)的提高，總的電流將相應降低，配電設備和導線截面也均可相應選擇小一些，降低了投資成本，減輕企業(yè)負擔。

減少電壓損失，改善運行條件

減少無功功率，可以降低線路及變壓器中的電壓損耗。在三相對稱負載下，其電壓損失為：

其中，P為線路輸送的有功功率；Q為線路輸送的無功功率；R為線路的電阻；X為線路的電抗；Ue為線路的額定電壓。

在變壓器低壓側裝設了補償容量Qc后，其電壓損失減少為：

△Ub=△U1-△U2=QcX/≈Qc/Se×Ud

在線路末端裝設補償容量Qc后，線路電壓損失減少值可近似按下式計算：

△U2%=Qc/×XL×100%

其中，Qc為補償電容器的投運容量；Sc為變壓器的額定容量；Ud為變壓器的阻抗電壓；XL線路的電抗。對1000kVA以下的配電變壓器及1000V以下的低壓配電線路，采用電容補償后，對提高電壓質(zhì)量比較顯著。

四、結論

從上可以看出，在供熱鍋爐房中加裝電容器進行無功功率補償，不但可以提高功率因數(shù)，節(jié)約有功電量，降低線路損耗和變壓器損耗，減少運行成本，還可以提高鍋爐房供配電設備的負荷能力，降低新建鍋爐房投資成本，減少電壓損失，改善運行條件，使供熱站循環(huán)泵及鼓引風電機更容易啟動。

隨著我國經(jīng)濟的快速