无功功率自动补偿仪的应用

　　摘要：现代用电企业中，功率因数是考核企业电力运行的重要指标，安装无功补偿电容器；是降低线路损耗，提高企业用电质量，减少电压降、增加电气没备出力的有效措施。
　　本文介绍了无功补偿的原理和作用，针对污水处理厂变电所低压侧无功补偿的现状和存在的问题，及时改进无功补偿柜电容器的运行方法，对电容器的投入运行维护及故障处理进行分析，提出相应的措施。
　　关键词：无功补偿，功率因数，自动投切
　　沈阳市北部污水处理厂是东北地区第一座大型污水处理厂，占地面积33.5公倾，汇水面积64平方公里，服务于200多万人口。共有大型污水处理池和污泥处理池34座，污水泵房和污泥泵房12座，日处理污水40万吨。采用2级生物化学处理工艺，其中20吨用A/O脱氮工艺处理，现有10万吨水经过深度处理后作为中水回用，给康平发电厂输送作为发电厂水塔冷却用，另一半采用普通活性污泥工艺处理后的水，注入卫工明渠作为城市景观用水，改变城市环境卫生状况和季节性农田灌溉用水。消化后的污泥经机械脱水后，作为农业、园林、花卉和绿化用肥。将对治理我市水污染环境发挥重要积极的作用。建厂初期由于设备的原因，功率因数低没有达标，经常被电业局罚款，因此实行无功补偿、提高功率因数迫在眉皆，当务之急必须解决。
　　一、无功补偿的基本原理
　　无功补偿就是要提高系统、设备的功率因数。其基本原则是必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。通过无功补偿保证用电单位无功平衡，维持电力系统无功稳定；提高用电单位电网、电压的质量，使用电单位电网无功稳定，电压优化运行；提高功力因数，改善用电单位电能质量，提高用电企业的经济效益。
　　合理的确定无功补偿方式，无功补偿容量，无功补偿安置地点使补偿效果最佳。防止过补偿，即要防止低功率因数运行，又要防止在低谷负荷时间向电网送无功电量。
　　提高功率因数的措施是在感性负载两端并电容。在R、L、C相并联的交流电路中，最有实际意义的是R和L串联再和C并联的电路在
　　电力系统中，由于存在大量的感性负荷（相当于一个R-L串联电路）如图1所示，造成电压U超前于电流I相位角为。相量图如图2所示。
      
　　图1并联电容器电路            图2相量图
　　而电容器等容性设备可提供容性负荷，其电流Ic超前于电压900，相量图如2所示，从图2中可以看出，电流的感性分量和容性分量相位相反，感性负载并联电容后，电路总电流I的感性无功分量减小，总电流I与电压的相位差角为，由于小于，则＞。使电路的功率因数得到提高，电路总电流I比IC减小，电路的部分无功Q=QL-QC达到无功补偿的目的。
　　无功电源和有功电源一样，是保证电能质量和安全供电所不可缺少的。由于功率因数低和电压降低会造成电器设备得不到充分利用，电能损耗增加，效率降低，限制了电力设备的用电能力，因此解决电力设备的无功电源容量不足，提高功率因数，是保证电力系统安全经济运行的重要措施。
　　
　　S—视在功率、单位、千伏安KVA
　　P—有功功率、单位、千瓦KW
　　Q—无功功率、单位、千乏kvar
　　如果电力网的有功负荷P不变，由于加装一部分无功补偿设备，使无功消耗由Q减少到时功率因数由提高到，那么就叫无功补偿的容量。
　　二、污水处理厂电网无功补偿
　　1．污水处理厂总开闭所无功补偿的现状
　　污水处理厂电气设备是经沈阳市电业局设计并施工安装的，负荷情况如下：

　　由于总体工程并没有验收，所以电器设备运行后高低压电容补偿柜都没有投入运行。污水处理厂正式投产运行后功率因数没有达标(水厂属于大工业用户)要求功率因数在0.9以上，污水处理厂运行初期由于功率因数没有达标，每年仅电费利率这一项就受电业局罚款在2万元以上，提高功率因数减少无功损耗是考核污水处理厂运行达标的重要标准之一。
　　2．对无功补偿的基本要求
　　投入分变电容补偿柜后应达到以下要求：
　　（1）补偿后功率因数应能达到～0.95。
　　（2）采用在低压侧并联电容器以自动投切和少量部分手动投切的方法。
　　（3）不允许产生过补偿无功倒送现象。
　　（4）轻载分变少量补偿，重负荷分变多组补偿全部投入。
　　3．电容补偿实施方案
　　首先在一个分变试运行，待运行稳定后，再把全部分变的电容器柜投入运行。各个分变的功率因数值有了明显的提高，从初期的0.8达到0.94，提高了14个百分点。
　　三、运行中出现的故障现象及处理
　　随着污水厂处理水量的增加，用电设备随之增加，电力负荷也逐渐的增加，电容柜在运行的过程中，陆续出现以下几种情况：
　　1．四分变电容柜内，时常有熔丝击穿、熔座烧损、
　　经过一段时间的运行，四分变电容柜内，时常有熔丝、熔座烧损、熔丝击穿、压接线端子螺丝松动，压接端子点与压接线脱落，压线端子点发热变色等现象。更为严重的是有一次电容柜内三相熔丝击穿，熔座全部烧损，造成三相对地短路，电容柜的熔丝击穿，使供电系统瓦解，电容柜停电。
　　（1）故障分析
　　四分变负荷范围主要有脱水机车间、消化池、沼汽、锅炉及零散用电设备。由于脱水机车间，白天工作量大，用电负荷量大，到了夜间工作量比白天相对减小，用电负荷也就减少，四分变电容柜初始运行时全部投入，但到了夜间低峰负荷用电量相对减小。
　　由于夜间用电量少，低峰负荷很小，电容器全部手动投入补偿，补偿量远远超过了应补偿的容量，发生了线路过补和电压过高的现象，使供电的电压质量得不到保证，网络电能损耗增大，破坏并缩短了电器元件的使用寿命（熔丝、熔座、接触器、热继电器）。　　（2）处理方法
　　分析事故发生的原因后维修处理故障点，更换熔丝、熔座、接触器、热继电器，重新布置排线，紧固各部件上的螺丝，更换了失灵的无功补偿自动投切装置仪，经检查电容柜内各电器无异常，实行改变运行方式，使用无功自动补偿投切装置，把功率因数调到0.95以上。
　　（3）效果
　　更换无功补偿自动投切仪后，经过一段时间的运行，四分变无功补偿功率因数保持在0.95以上，很平稳。能够根据白天和夜间用电负荷的大小，实现电容器组自动循环投切，使电容器接触器完好无损，使用率接近并延长了使用寿命。
　　2．一分变电容器的外壳有渗油、鼓肚现象
　　一分变是全厂设备负荷量最大的分变，变压器装机总容量也是最大，二台变压器容量各为1250KVA，采用二台并列运行。电容补偿实行一、二段母线分别补偿的方式，补偿容量各为624KVar。
　　由于用电量大、设备负荷大、补偿容量大，电容柜特设了一个电容室，共二组，六台补偿柜采用全部投入补偿的办法，运行中发现在夏季除有熔丝、熔座烧损、压接线头松动，母线头溶化等现象外，还发现电容器的外壳有渗油、鼓肚的现象出现
　　（1）故障分析
　　电容器室的门和窗朝向都向西，其它三面都没窗户，不通风，尤其是夏天，到了下午太阳直射，西照太阳使电容器室的温度异常的高，打开门以后热气扑脸，环境温度超过了电容器的允许使用温度，再加负荷量的增大，使电容器在运行的过程中出现不正常的异响声，说明电容器在受温度的影响，使电容器内部产生异常。分析原因、是电容室温度过高造成的。
　　（2）处理方法
　　分析原因后，我们在电容器室安装排风扇使空气对流，电容器柜前后档门打开，加装沙窗后，降低电容室温度，加强巡视。
　　（3）效果
　　使电容器鼓肚、渗油现象得到了解决。上述出现的不良情况得到了缓解，节省了部分的电容器等元件，达到了节能降耗，双增双节。
　　3．三分变过补偿
　　三分变有二台变压器，每台变压器容量为250KVA，设备负荷量比较小，我们选择了一台投入，一台备用，中间用母联柜连接的方式运行，为尽可能的减少变压器的轻载运行和空载运行，目的是为了提高功率因数。
　　经过一段时间的运行，三分变的电容器柜一切完好特别的稳定正常，没有出现其它异常现象，手动功率因数表在0．98，但到月末电业局抄表时发现无功电力表中反向无功从0.66走到0.68，虽然电容柜设备一切完好，功率因数也提高了，但是电业局在当月电费方面取消了当月的利率奖励。
　　（1）故障分析
　　造成电力表无功电量中反向无功变化的原因是电容器补偿的过程中产生了过补偿的现象。
　　根据用电负荷的容量和电容器补偿的容量计算依据公式：
　　
　　Qc—补偿容量Kvar
　　S—最大负荷KW
　　—补偿前的功率因数
　　—补偿后的功率因数
　　则按补偿公式计算出三分变所需补偿的无功容量，三分变自然功率因数为0．8。
　　
　　由此可得出三分变无功补偿电容投入4台电容器补偿容量为106．4Kvar而设备满负荷在171，16KW时，要求功率因数从0．8提高到0．98所需补偿容量只有75.3KVar，再有节假日夜间，高压鼓风机减量低负荷时，远远超过了需要补偿的容量，促使无功电度表，反向无功变化的原因。
　　（2）处理方法
　　及时更换了失灵的无功功率自动补偿控制装置，调整电容器无功补偿的运行方式，由手动投切改为自动投切。
　　（3）效果
　　通过无功补偿，提高功率因数，在电容器的投入运行方面，逐渐的研究、探索、加以改进，使我厂的电费在利率奖励方面逐年的提高，二00八年获电业局奖励资金4．2万元以上，二00九年获电业局奖励资金5．8万元以上，为节能降耗，双增双节做出贡献。为电器设备的安全运行提供了保障，为污水处理厂安全生产保驾护航。
　　四、无功补偿后的效益
　　根据负荷的大小，合理的控制无功功率补偿容量，使变电所与系统交换无功功率最小，就可以使网络的电压损耗和功率损耗最小通过使用无功补偿自动投切装置仪，得到了可观的经济效益和社会效益。
　　1．明显的减少设备用电量，功率因数在(0.95以上)，节约大量的电费。
　　2．减少并解决了因低功率因数所造成的罚款开支。
　　3．降低线路损耗，优化电能质量，改善电网质量。
　　4．提高变电供电设施的供电能力，平均提高变压器容量达25％，节省了可观的增容费用。
　　5．延长用电设备的使用寿命，降低用电设备电气故障，节省维修费用。
　　结束语
　　加强用电企业无功补偿管理，合理配置无功补偿装置，高度重视加强运行维护及故障排查处理，根据不同的情况，及时调整无功自动补偿，自动投入切除和手动相结合，保证电容器的内在质量，提高电容器的使用寿命，为电力设备的安全运行，提供有利的保障。
　　主要参考文献：
　　1．《电力电容器安装运行和检修》电力工业出版社出版1996年
　　2．《电容器运行维护技术》中国电力出版社2006年
　　3．《电力电容器与无功补偿》西安《高压电器》期刊社

《无功功率自动补偿仪的应用》

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