冶金企业局域供电系统无功补偿与节能降耗浅析

高海涛 裴虹

【摘要】无功潮流在电网系统中流动，会增加电能损耗，导致电压降低，引起电压偏差。而冶金企业因其用电特点，感性用电负荷较多，忽视无功潮流分布势必导致配电系统损耗增加，增加企业的用电成本。无功补偿是电网运行中最常用、最有效的降损节能技术措施之一，利用无功补偿设备在负荷终端就地提供必要的无功功率，可以有效提高电网的功率因数，改善配电系统无功潮流分布，降低系统损耗，改善电网电压质量，降低企业生产用电成本。

【关键词】 配电系统、无功补偿、节能降耗、用电成本

1、引言

冶金企业原料、储运、炼铁、炼钢、轧钢等工序均需消耗大量电能，在企业发展及电力供应过程中逐步形成了一个以企业用电为中心的局域供电系统。由于企业不断发展，负荷不断增加，不但改变了企业局域配电系统的网络结构，也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能造成局部地區无功严重不足，电压水平普遍较低的情况。由于认识上存在误区，认为无功补偿是电力系统的事，与用户没有多大关系，忽视无功的补偿和管理。无功补偿的实质是要尽量减少无功功率在电力网络中传递，就地安装无功补偿装置，满足用户及网络元件对无功功率的需求，从而能降低整个网络的线路有功损耗，改善整个网络的电压质量，降低企业用电成本。

2、无功潮流与电网损耗

2.1电网电能损耗

电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。

电网元件中有功电能损耗（A0）计算：A0=3Ijf 2RT*10-3

其中：R为元件的电阻;T为运行时间;I jf 为方均根电流。

通过以上可以看出电网元件中的有功损耗，与流过元件的电流平方成正比，与元件的电阻成正比。因此降低流过电网元件电流值，减小电阻值均可以元件有功功率损耗。

2.2功率因数对电网有功损耗的影响分析

流过三相电网元件电流：   I= P/（1.732* UN * COSФ）

I—流过元件的负荷电流（A）;P—输送功率（KW）;UN—电气元件额定电压（KV）;COSФ—功率因数。

通过以上分析可见在电气元件流过相同功率的情况下，负荷侧需求的无功越少（即功率因数越高），流过元件电流越小，在上级电网元件中造成的有功损耗越小。因此，合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，用电终端就地进行精准的无功补偿，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，可以有效降低供电过程中的有功损耗。

3、影响功率因数的因素

3.1异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。

3.2供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

3.3电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响，电弧炉冶炼等均要消耗大量的无功功率。

以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

4、电力用户终端安装无功补偿装置提高功率因数的分析

4.1用户终端提高功率因数可有效减少电能损失，降低用电成本。

根据有功损耗：A0=（P2/U2COS2φ）RT*10-3

以上可知电网元件电能损耗与功率因数成反比，提高用户终端用电设备功率因数可以有效降低有功损失率（ΔA%）。

测算无功补偿降低电力系统能耗的作用情况，有功损失率：ΔA%=[1-（cosφ1/cosφ2）]×100%，也就是说当功率因数从0.6提高到0.90时，有功损耗率降低33%左右。可见在用户终端负荷功率因数确定的情况下，合理地配置无功补偿装置可以达到降低有功损耗的目的，且节能效果明显。

4.2用户终端提高功率因数可选用较小容量的变压器，提高设备利用率。

因为视在功率P=1.732*UICOSφ，功率因数提高后，有功功率P相应增加，可见提高功率因数不但可以降低网损，还可提高设备利用率。例如可选用较小容量的变压器，减少变压器的一次性投资和支付给电业部门按变压器容量收取的年基本电费;从另一方面说，如果设备输送容量一定，功率因数提高，输送的有功功率将增加。

4.3用户终端提高功率因数，减少电压降，改善电压质量

电网在进行功率传输时，电流将在线路等阻抗上产生电压损耗△U，假如始端电压为U1，末端电压为U2，则电压损耗计算公式为：

式中：P—线路传输的有功功率（KW）;Q—线路传输的无功功率（Kvar）;Un—线路额定电压（kV）;R、X—线路电阻、电抗（Ω）

若保持有功功率恒定，而R和X为定值，无功功率Q愈小，则电压损失愈小，电压质量就愈高。当线路安装容量为QC的并联电容器补偿装置后，线路的电压损耗变为：

可以看出，采取无功补偿以后，线路传输的无功功率变小，相应减少了线路电压的损耗，提高了配电网的电压质量。为了提高企业无功功率补偿装置的经济效益，无功补偿应遵循就地补偿，就地平衡的原则以满足需要，借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。

5、冶金企业内部可实行力调电费，提高系统功率因数

力调电费是指根据电力用户功率因数的高低，加收总电费百分数，即“调整率”，“调整率”是根据功率因数的高低是不同的，功率因数高费率就低，功率因数低费率就高，是一种激励政策，而冶金企业内部供电往往忽视此激励措施，导致内部用户缺乏积极性。

冶金企业供电部门可借助电力行业力调电费管理经验，对企业局域供电系统内部不同用户的功率因数按照一定的数值进行收取电费，激励终端用户主动就低提高功率因数，优化企业局域供电系统内无功潮流分布，降低企业供电成本，无功补偿是企业开支节流的有效途径。

6、结论

本文重点从提高功率因数对冶金企业局域供电系统节能降耗，降低供电成本进行了分析论证，明确了冶金企业局域供电系统内用户终端设备通过合理增加无功补偿装置提高用电终端功率因数可以降低企业生产用电成本。积极建议企业内部能源管理部门积极学习电力行业管理经验，实行“力调电费”管理激励措施可达到优化企业局域供电系统无功潮流，降低供电成本的目的，从而降低吨钢、吨铁的电单耗指标，为企业开源节流降低产品成本起到积极作用。

参考文献：

[1]王清葵，《送电线路运行和检修》[M] 出版社： 中国电力出版社出版  2004年  出版地：北京三里河路6号  页码：46—63

[2]《注册电气工程师执业资格考试辅导教材》[M]  出版社： 中国电力出版社出版  2004年  出版地：北京三里河路6号  页码：252—256