供热锅炉房无功功率补偿的意义

2011-05-25 09:00:43来源: 互联网 关键字:锅炉房  补偿  意义
交流电路中,由电源供给负载率有两种:一种是有功功率,一种是无功功率。
  有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示,单位有瓦(W)、千瓦(KW)、兆瓦(MW)。
  无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
  一、概论
  由于历史的原因,我国供热行业用电向来只重视有功负荷、有功电量,忽视无功负荷和无功电量,认为能源换来有功电量,而无功不是能源,进行无功补偿对供热站本身没有任何好处等。供热锅炉房主要用电设备是电动机,消耗的无功功率多,且长期没有无功功率补偿设施,造成供热站锅炉房长期以来功率因数偏低,电能浪费严重。因此,除改善设备本身的自然功率因数外,供热站应采用人工补偿措施,以提高功率因数,降低电能消耗,减少运行成本,充分发挥供配电设备的潜力,提高供电效率,节约用电量。
  二、无功功率补偿原理
  当电网电压的波形为正弦波,且电压与电流同相位时,电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积,即:P=U×I。
  电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场,此时所消耗的能量不能转化为有功功率,故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度a。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S,即有功功率和无功功率的几何和:
  S=(P2 + Q2)1/2
  无功功率为:Q=(S2 - P2)1/2
  有功功率与视在功率的比值为功率因数:cosa=P/S
  无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题,现举一个例子:农村修水利需要挖土方运土,运土时用竹筐装满土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是无功功率,竹筐并不是没用,没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
  在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。
  从发电机和高压电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
  三、无功功率补偿的效益分析
  (一)减少线路功率损失,节约用电
  减少无功功率,可以降低供配电线路和变压器中的功率消耗。当电流通过导线时,线损的计算式为:
  △P=3I2R×10-3=[P/(Uecosφ)]2×R×10-3
  其中,I为线路或变压器通过的电流;R为线路或变压器中每相的电阻;Ue为线路的额定电压;P为线路或变压器输送的有功功率;cosφ为负荷的功率因数。当功率因数由cosφ1提高到cosφ2后,若忽略因提高功率因数而减少电压损失时对负荷电压的影响,则线路或变压器中有功功率的减少值百分数为:
  △P%=(△P1-△P2)/△P1×100%
   =[1-(cosφ1/cosφ2)2]×100%

 例如:当功率因数由cosφ1=0.8提高到cosφ2=0.95时可降低功率损耗29%;若功率因数由cosφ1=0.95降低到cosφ2=0.8时,线损将增加41%。
  以上分析可以看出,在输送同样的功率时,由于功率因数不同,在电网中造成的有功损耗相差较大。无功功率补偿节电效果极其显著。
  (二)提高供配电设备的负荷能力,降低投资成本
  1.在同样视在功率的条件下,增加无功补偿,可以提高有功功率。设线路或变压器输送的视在功率为S,安装了补偿容量QC后,提高了功率因数。在视在功率不变条件下,使输送有功功率的能力增加了△P。
  △P=P2-P1=S(cosφ2-cosφ1)
  其中,P1为补偿前的最大有功功率;P2为补偿后的最大有功功率;cosφ1为补偿前的最大功率因数;cosφ2为补偿后的最大功率因数。
  增加△P所需的无功功率即无功补偿容量为:
  QC=Q1-Q2=S(cosφ1tanφ1-cosφ2tanφ2)
  例如:当cosφ1=0.8时,1000kVA的变压器在满负荷情况下能供给800kVA的负荷;若将cosφ2提高到0.95,则在满负荷情况下可供950kVA的负荷,即可增加△P=1000×(0.95-0.8)=150kVA,提高了19%的有功输送能力。
  2.在同样有功负荷条件下,增加电容补偿。可以减少视在功率。在有功功率P不变的条件下,当补偿QC后,可以减少视在功率。无功补偿后,变压器可以减少的视在功率为:
  △S=S1-S2=P(1/cosφ1-1/cosφ2)
  其中,S1为补偿前的最大视在功率;S2为补偿后的最大视在功率;P为变压器的有功功率;cosφ1为补偿前的最大功率因数;cosφ2为补偿后的最大功率因数。
  例如:某供热锅炉房用电负荷为450kW,功率因数为0.8,欲将功率因数提高到0.95后,则变压器容量减少89kVA。变压器选定额定容量可由630kVA减少到500kVA,容量降低一级。另外,当输送功率一定时,由于负荷功率因数的提高,总的电流将相应降低,配电设备和导线截面也均可相应选择小一些,降低了投资成本,减轻企业负担。
  (三)减少电压损失,改善运行条件
  减少无功功率,可以降低线路及变压器中的电压损耗。在三相对称负载下,其电压损失为:
  其中,P为线路输送的有功功率;Q为线路输送的无功功率;R为线路的电阻;X为线路的电抗;Ue为线路的额定电压。
  在变压器低压侧装设了补偿容量Qc后,其电压损失减少(即电压升)为:
  △Ub=△U1-△U2=QcX/(10Ue2 )≈Qc/Se×Ud
  在线路末端装设补偿容量Qc后,线路电压损失减少(末端电压升)值可近似按下式计算:
  △U2%=Qc/(1000Ue2)×XL×100%
  其中,Qc为补偿电容器的投运容量;Sc为变压器的额定容量;Ud为变压器的阻抗电压;XL线路的电抗。对1000kVA以下的配电变压器及1000V以下的低压配电线路,采用电容补偿后,对提高电压质量比较显著。
  四、结论
  从上可以看出,在供热锅炉房中加装电容器进行无功功率补偿,不但可以提高功率因数,节约有功电量,降低线路损耗和变压器损耗,减少运行成本,还可以提高锅炉房供配电设备的负荷能力,降低新建锅炉房投资成本,减少电压损失,改善运行条件,使供热站循环泵及鼓引风电机更容易启动。
  随着我国经济的快速发展,能源的供需矛盾也日益突出,人们的节能意识也不断提高。供热行业也应该积极进行技术改造,降低生产成本,节约能源,更好地为人民服务

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