摘要：通过分析石化企业新电容器无功补偿的经济性，表明电容器无功补偿装置可以调整系统的线下功率因数，实现良好的功率因数，挖掘发电设备的潜力，节能降耗，充分提高企业的经济效益。

       关键词:无功率补偿；功率因数；经济效益

       企业动力生产管理部投资新电容器补偿装置前，35KV该系统有两个无功源，一个来自吉利变电站110KV，即总进线系统无功，二是三台发电机组多发无功功率。目前，35kV总无功负荷约277MVAR，当吉利变电站发生故障或解除动力部发电机事故时，会导致35kV严重缺乏系统无功，终端压降大，系统损耗大，无 ** 大型电气设备经常启动，对生产影响很大。

       动力部作为企业供电总站，35KV主网络系统的经济和运行越来越受到重视。减少网络损坏，提高电力系统的发电、输电效率和经济运行是我厂面临的实际问题，也是我厂降低电力能耗的主要方向之一。因此，在35岁KV根据实际情况采用无功补偿装置，提高功率因数，减少网络损坏，提高电能质量，提高电力系统运行稳定性具有重要意义。

       1.无功补偿概述

       电力系统的大多数无功补偿装置都是针对某个节点的无功补偿。这是因为无功产生不消耗电能，但无功功率沿电网传输会导致电压损失和功率损失。传统的无功补偿装置主要是同步调节相机和并联电容器。与两者相比，并联电容器是一种广泛应用于无功补偿领域的补偿装置，具有简单、经济、灵活、方便、应用广泛的优点，电容补偿主要是固定的无功补偿，如果电容分组切割能好地适应负载无功的动态变化，这是一种分级无功调节。

       因此，通过电容器补偿无功功率，可以提高系统的运行电压，提高用户的电压质量，改变电网的无功趋势分布，减少网络中的功率损失和电压损失

       2 电容器补偿的原理和意义

       企业的电力负荷主要是电力变压器、输电线路电感器和下级设备的电压等级电机，其部分属于感性负荷，在运行过程中需要为这些设备提供相应的无功功率。感性负荷导致电网功率因数低，增加电网能耗，影响发电机输出功率，影响变电站和输电的供电能力，增加输电线路的电压降。因此，无功功率补偿是企业的重要工作。

       企业电力系统中的无功电源主要来自3台发电机和110台发电机KV对于外网系统，单靠发电机和外线不能满足系统对无功电源的需求。一是外电网响应缓慢，二是动力部3台发电机110KV线路功率因数均处于高无功功率状态，事故时补偿裕度非常有限，因此通过新电容器组进行无功补偿是不错的选择。

       根据电路原理，当电流在电感元件中工作时，电流滞后于电压90o。当电流在电容元件中工作时，电压滞后于电流90o。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180o，两者的电流相互抵消，缩小了电流矢量和电压矢量之间的夹角。感性负荷的有功电流IH与电压U假设电感和电容感和电容的合成电流为I1.无功功率为Q1，功率因数cosφ1.各相量的相位关系如下图所示。

图1

       从图1可以看出，电感两端并联电容器后，电压滞后于容性无功电流IC为90°(其无功功率为QC)，总无功电流I'L=IL IC。因为IL与IC相反，所以IL减小到I'L，而IH与IL的合成电流I2小于电容器补偿前I1的值，功率因数也由cosφ1提高到cosφ2.电容器补偿后的无功功率为Q2=Q1-QC。

       3 电容器无功补偿效益分析

       为了优化热电站35kV系统功率因数不0.9.确保系统电压质量。2011年10月，动力部新建了24万台电容器补偿装置kvar，对全厂35KV系统集中补偿无功功率，将高压电容器组集中在35KV高压开关站。补偿电容器分为四组，每组60组kvar，分别安装在35KVI段和II段。本文通过对电容器补偿装置前后四个月数据的研究，从以下几个方面分析了无功补偿的效益。

       3.1提高系统功率因数

       自2011年12月7日投入三组电容器补偿装置以来，动力部热电系统总进线功率因数增加了1.三个百分点。功率因数增加后，电费大幅减少。补偿前，由于热电系统的功率因数不能满足电力局的要求（电力局要求0）.9以上，若0.9加收费用0的，.9.电费将按高出百分点减免)，并经常被罚款。电力部安装电容器补偿装置后，不仅没有罚款，而且每月获得相应的奖励。

       根据电力系统供电方式的无功经济计算方法，每安装1万元kvar并联电容器装置的功率因数为0.9时，无功经济当量为0.062千瓦/千乏，则每小时可节电62度，用电容器总容量为24000kvar节电为1500度，全年按实际运行8700小时计算，可节电130万度，每千瓦时节电成本为0.计算53元，全年节电70万元。

       3.减少线路损失

       电流下降表明系统线路电压损失相应减小，节约能耗，有利于系统电压的稳定。当电流通过电阻时R电源损失为：

       △P=3I2R×10-3(kW)

       或=P2 Q2U2/R×10-3（kW）

       式中：I—流过线路的电流，A；Q—线路传输无功功率，kVA；

       cosφ—线路负荷的功率因数。

       由于有功损失和cos2φ因此，成反比提高了功率因数cosφ损失可以大大降低。

       3.3.提高变压器利用率

       动力部共有6台高压变压器，2台系统侧高压变110台KV/35KV，3台发电机-变压6KV/35KV，1台高备变110KV/35KV，输入电容器无功补偿后，系统功率因数的提高不仅减少了线路损耗，而且提高了变压器的功率因数，大大降低了变压器的铜损耗。据统计，35kV系统实施功率因数补偿措施后，变压器平均功率因数从0.7提高到0.9附近有功损失降低20%~40%的系统变线损耗每年减少160万元。但由于发电机侧变压器在高负荷下工作，停机后，由于热胀冷缩，发电机出口的绝缘管母线为1#变压器和2#变压器连接处漏油。目前，动力部技术组正在寻找解决方案。

       3.挖掘发电设备的潜力

       3.4.11提高发电机功率因数

       在发电机容量不变的情况下，提高功率因数可以少发无功，多发有功。多发有功功率△P计算如式(1)：△P=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(1)

       其中，P提高功率因数前的有功功率；P一是功率因数增加后的有功功率；cosφ、cosφ1.电容器补偿前后的功率因数；S用电设备的额定容量。

       企业电力系统采用无功补偿后，动力部3台发电机可以少发无功，多发有功，实现铭牌输出，设置过高的无功功率。动力部1#发电机、3#发电机的功率因数均达0.实际负荷要求，两台机器的有功功率为4.5~5万台发电机周期长，运行正常。目前，两台发电机的发电量过2011年的三台发电机。一旦一台机组在电容器补偿后摆动负载，另外两台机组也可以响应，大大提高无功功率，维持系统电压。当外部电网短路时，也可以填补无功缺口，保持系统稳定。

       功率因数增加后，发电设备的输出得到改善，消除了以往通过发电机组提升系统无功的瓶颈。发电机功率因数长期额定功率因数0.8.可以解决长期低功率因数运行导致发电机寿命缩短的隐患。

       3.4.2 降低无功功率

       系统所需的有功率保持不变。如果需要的无功率减少，则需要投入的电气设备容量S1也会相应减少，减少量△S如式（2）：

       △S=S-S1=P(1/cosφ-1/cosφ1)(2)

       减少供电设备容量占原容量S的百分比为

       △S/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1)(3)

       电容器投入前，电力生产管理部运行发电机的总无功发电量约为6.8万kW，发电机功率因数平均为0.72.电容器投入后，运行发电机的总无功发电量约为4.6万kW，发电机功率因数平均为0.95。由电容器投入前后发电机的总无功发电量可以看出，无功减少量达到2.2万kW，电容器补偿效果显著。也可以通过公式(3)获得，△S/S为24.5%。