企业电力节能与无功补偿设备的选择

企业电力节能与无功补偿设备的选择

北京四方腾泰电力科技有限公司总工办主任韦仲林

一、国家能源政策

我国是能源资源严重短缺的国家。石油、天然气人均剩余可采储量仅有世界平均水平的7.7%和7.1%，储量比较丰富的煤炭也只有世界平均水平的58.6%；2、我国能源利用率很低，只有美国能源利用率的30%左右。改革开放30年间，我国经济得到了飞速的发展，但大多数是劳动密集型、粗犷耗能型企业，造成了严重的环境污染和能源浪费。据此中央采取了可持续发展的战略，强调节能减排，尤其是最近温总理提出了“以节能减排为主，新能源为辅”的国家能源政策。这次河北省工业信息厅组织召开的节能减排生产厂商与耗能大户对接会议，就是积极贯彻国家能源政策的重大举措，节能减排工作正在全国各地稳步的推进。总之节能减排工作关系到国家可持续性发展及子孙后代命运的大事，我们有义务为此作出贡献。

随着我国经济持续高速的发展，我国各行各业得到了飞速的发展，但能源利用率没有得到提高，由其表现在各厂矿，大型企业用电功率因数达不到国家标准，实行无功补偿，达到国家标准GB3485-83“评价企业合理用电技术导则”第1.3款规定：降低企业受电端至用电设备的线损、线损率应达到下列指标：一次变压3.5%以下;二次变压5.5%以下;三次变压7%以下。一般大中型企业的抽样调查表明，线损率一般为5-8%，有不少企业的线损率高达10%以上，功率因数只有5-6%，造成的能源浪费相当严重，也严重的制约了企业的发展，同时也有必要进行治理。

综上所述，对各大厂矿、大型企业变电站所，进行无功治理是节能减排的重要举措之一。

二、无功补偿技术的发展过程，现市场流行的无功补偿设备的优缺点

固定电容器组：由于各大型企业用电设备大多是铁磁性的，如变压器、电机、电压、电流互感器等。最初的无功补偿方式是加装固定的电容器组来消除无功，但在负荷变化时补偿效果不好，有时还向电网倒送容性无功，现在这种方式已被淘汰。

投切电容器组：随着无功补偿技术的发展，发明了分组投切电容器组的无功补偿技术，这种方法根据用电企业的负荷变化投切相应的电容器组，使无功补偿效果得到较大提高。由于实际负荷变化投切电容器组仍不能精确完全消除无功，经常产生欠补和过补现象，有时产后投切震荡，反复投切造成涌流和电压冲击，降低电容器组和开关的寿命，给电网带来安全隐患。因为这种产品价格较低，在负荷变化不大的企业还有一定市场。

TSC型无功补偿装置：用复合开关的方式对电容器组进行投切，由于过零技术的发明，使补偿效果得到了比较大的提高，系统的补偿响应时间也得到了提高，但投切电容器组的缺点仍然存在。

调压式无功补偿装置：是利用调压器改变固定电容器组两端的电压，以实现容性无功补偿量的大小。这种技术利用有载开关的调压器来调整电容器组两端的电压，带来的问题是：1、对有载开关质量要求很高。2、由于机械开关调整，系统响应时间大约为1-5分钟。3、因为电容器组容量变化，加装滤波支路困难，需要另加滤波电容和串抗，组成单独的滤波支路。4、由于调压器内阻非常小，所以造成调压方式的无功补偿装置过载能力差。

TCR动态无功补偿装置：是利用触发，并改变串联在空蕊电抗器上的晶闸管的导通角，来改变空蕊电抗器的电感电流以改变感性无功的大小，与固定电容器组的容性无功相加减来实现无功补偿的目的。此种装置没有机械装置，连续可调，系统响应速度较快，约为20-40MS，无功补偿也比较精确。但这种装置由于使用大量的晶闸管，造成功耗大、发热量大，需要水冷却；产生大量谐波，需要治理。维修量大，

需要专人职守，占地面积大，投资大。

MCR动态无功补偿装置：

磁控式动态无功补偿装置，是在磁阀式动态无功补偿装置基础上发展而来，磁阀式无功补偿的原理，是利用直流助磁的原理，即利用附加直流励磁，磁化电抗器铁芯，通过调节磁控电抗器铁芯的磁饱和程度，改变铁芯的磁导率，实现电抗值的连续可调。这种方式优点晶闸管串接在电抗线圈之内，而且每相只用两只晶闸管，工作电压是接入电压的1-2%，没有多个晶闸管串并联带来的问题，低压控制高压，安全可靠，连续可调，补偿精度高，不产生大量谐波。但由于设计理念为磁控电抗器铁芯工作在饱和或极度饱和状态①，造成磁滞损耗大，因而造成功耗大，达到4-5%、噪音大，甚至产生震动，因而没有得到大面积推广。

由于我公司工程技术人员研究，发现以上问题，改变了设计理念，让电抗器工作在磁不过饱和区，从而降低了功耗和噪音。同时发明了两项专利，“交直流磁路并行互不叠加技术”、“漏磁通自屏敝技术”，使电抗器性能优良，功耗在1%左右、噪声小于65DB左右，且不产生谐波及电磁辐射，安全可靠，寿命可达25年；结构简单，占地面积小，可室内也可以室外，可做到无人值守，使磁控式动态无功补偿装置得到大面推广。

图1：磁阀式可控电抗器工作在磁过饱和区（竖黑线以外部分）

H

图2：磁控式可控电抗器工作在磁不过饱和区（斜线部分）

铁心磁饱和特性（B-磁通量单位韦伯；H-电感，单位享利）

四、当前市场流行的几种无功补偿装置性能比较

五、企业用电情况与无功补偿装置选择

1、企业负荷较为平稳，一般一天只出现几天负荷变化情况，例如供电局变电站，一天中一般有用电高峰与用电低谷两个时段，负载变化较为平稳，宜采用电容器投切类型，投入小、维护简单、满足工况现场

需要。

2、企业有大型的用电设备，投入退出较为频繁或者负载变化较大的情况。比如煤矿的提升机，在上行和下行时负载变化较大；铁路系统，在有电力机车和无电力机车运行时负荷变化很大；一般这些负载同时产生谐波，电网要求对谐波进行处理。在这种情况下，电容器投切已不能满足现场要求，应采用动态无功补偿装置。炼钢行业的高频电弧炉等一些特殊负载，由于这些负载变换很快，一般在20ms内，则需使用TCR型无功补偿装置，在大投入下，也能使系统功率因数提高，能达到要求。除此之外应重点考虑选用MCR型动态无功补偿装置，即安全可靠，又能取得良好的补偿效果，同时投资又少。

六、企业选用无功补偿装置应注意的几个问题

1、功率因数，一般要求达到0.95以上；

2、谐波情况，满足国家标准要求；

3、使用维护情况，能安全可靠运行，维护费用少。

4、日常使用成本，由于运行维护复杂，是否需要专门人员进行值守，

如需要也给企业增加了成本。

5、装置结构及占地情况。

6、装置本身的功耗也影响企业成本。

例如：一套装置4000Kvar的无功补偿装置，甲产品（MCR）损耗为1%，乙（TCR）为5%。一个月内，甲的运行费用为：4000*1%=40kW，24*40=960Kw.H，年运行费用为12*30*960*0.75=25.92万元；

乙的运行费用将是甲的5倍129.6万元，所以选择合适无功补偿装置也能大大减小企业的支出。