某石化电气系统无功补偿分析

某石化电气系统无功补偿分析

张运革,胡家旺,兰锐红

某石化有限公司  云南省昆明市  650300

摘要：在炼化企业各种用电负荷中，电动机是主要的负荷元件，其中绝大部分电动机要消耗无功功率负荷。为保证电力系统的稳定运行和设备的可靠生产，要装设无功功率补偿装置以及正确而有效的利用调压设施进行合理调压，使无功功率和电压水平维持在正常的水平。因此，本文重点对某石化电气系统的无功补偿进行分析。

关键词：无功补偿装置 无功电源 节能

无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现。而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。

1 无功补偿的基本原理

1.1 无功补偿的原理

无功补偿又称为无功功率补偿国性。电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。

实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数。它是有功功率与视在功率之比。

三相功率因数的计算公式为：

注：cosφ为功率因数；P为有功功率，KW；Q为无功功率，Kvar；S为视在功率，KVA。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以提高供电设备带负载能力和减少功率损耗，稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。

1.2 无功补偿的方式

一般来说分为三种：集中补偿、分散补偿、就地补偿。集中补偿一般在主要的变、配电站，但其补偿的主要是线路及变配电站的无功需求；稳定电压的需要；还有就是补充分散补偿、就地补偿后的余下的无功。这个量一般不会做得特别大。分散补偿一般在配电站、室进行，一般是对用电网络面积不太大的用电网络进行补偿；补偿容量根据用电负荷情况而定。就地补偿是对大容量的负载进行的，在负载附近配置，可以最大的节省电力能源的损耗。这三种补偿方式，以就地补偿效果最好，但是其投入大，补偿设备使用率不高，有浪费嫌疑。一般情况下，三种方式配合使用，也可以将变、送、用电网络的无功补偿到一个非常合理的程度，某石化采用的即为就地补偿。

2．无功功率平衡

由无功功率负荷、无功功率损耗及无功功率电源，就可以作出系统的无功功率平衡。如果发电机所发无功功率为，电力系统提供无功功率为，电容器所供无功功率为，静止补偿器所供无功功率为，而负荷消耗的无功功率为，变压器的无功损耗为，线路电抗无功损耗为，线路电纳无功损耗为，因此，相似于有功功率的平衡，无功功率的平衡式为：

       (4-1)

此式还可简写为：

                           (4-2)

式中 ——无功功率电源容量之和

     —无功功率负荷之和

     ——电力网中的无功功率损耗

在无功平衡的基础上，应有一定的无功备用。无功备用容量一般为无功负荷的7％~8％，以防止负荷增大时电压质量下降。通常将无功备用容量放在发电厂内。发电机一般在额定功率因数以下运行，若发电机有一定的有功备用容量，也就保持了一定的无功备用容量。

应该指出，进行无功功率平衡计算的前提应是系统的电压水平正常。若不能在正常电压水平下保证无功功率的平衡，则系统的电压质量就不能保证。

3 某石化无功补偿情况分析

3.1 无功功率负荷与电源

在某石化炼厂中，主要的无功负荷即包括各种风机在内的电动机，变压器等。无功功率电源主要有电网提供、云天化动力站发电机、各变配电室无功补偿装置（静电电容器）、部分同步机等，对于电网系统，还有同步调相机和并联电抗器等。

静电电容器原理

电容器只能向系统供给无功功率，它可以根据需要由许多电容器连接成组。因此，其优点是静电电容器组的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，使用起来比较灵活。静电电容器在运行时的功率损耗较小，约为额定容量的0.3％~0.5％。电容器所供出的无功功率与其端电压的平方成正比，即     式中  （——电容器的容抗）。

缺点为当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减小，导致系统电压水平进一步下降，这是其不足的地方。

某石化的无关补偿装置主要有二种类型：上海库柏有限公司提供220kV总变电站35kV（8000*4）kVar、35kV各联合变电所10kV电压等级供26000kVar（300-2100），0.4kV电压等级上海欧通提供20000kVar（130台）。其中除220kV总变电站35kV电容器为手动投切外，其余变电所均可使用手动或自动投切的转换，低压电容器则采用晶闸管自动投切，投切精度和灵敏度大大提升，使用体积也集成化，且维护方便。

3.2 某石化无功使用情况

某石化有功功率为130000kW,无功功率为43000kVar，从电网系统中吸收有功功率为110000kW,无功功率为28000kVar，动力站提供有功功率为20000kW,无功功率为6000kVar，其余的无功由就地无功补偿装置提供10000kVar左右。部分变电所兼有同步发电机，也可提供一部分。

就目前使用情况来看，某石化在无功功率控制上有很大备用容量（大概50000kVar左右），同时有丰富的调节手段。

1）可通过发电机提高无功功率发出。

2）提高各联合变电所电容器补偿目标功率值，加大无功输出（目前低压0.90，高压0.95）。

3）投入总变电站备用35kV电容器组。

3.3 某石化无功系统经济效益

1）根据电网结算规则，功率因数高压0.90时，每提高0.01，月电费减少0.15%，直至0.94。某石化电气系统无功功率因数需要维持在0.90以上，而某石化内部规定则要求草石I回及II回进线功率因数保持在0.95以上，班组人员监盘一般均保持在0.96以上。根据电网收费标准，每年在功率因数控制上可为某石化节省电费约220万元。

同时根据核算220kV电网侧进线功率因数每提高0.1可节省20kWh用电，35kV下级变电所则可节省710kWh用电.

3.4 某石化无功补偿系统存在的不足

1.电容器控制系统精度有待提高，在加上单组电容器的容量差别，很难做到精确投退，容易造成过补或欠补偿。

2.各电容器的冷却系统故障率较高，加之配电室温度较高，有损电容器的使用寿命。

3.低压配电室系统中部分电容器无法进行自投，因存在大量变频器，自投容易抬高母线电压致使部分变频器保险烧毁。

4  结束语

本文浅析了某石化炼厂中无功补偿及装置的情况，为保证电力系统正常稳定运行，是在保证无故障的情况下保证有功与频率的平衡，无功与电压的平衡，对于效益为重的企业来说，保证持续稳定生产是重要的，我们应在保证无功补偿设施无故障的情况下，合理投退电容器，而就已实现的自动投退电容器技术来说，更重要的是电气运行人员对无功补偿设施的巡检，保证其安全可靠运行。

参考文献

[1]变电站运行操作技术.中国电力出版社

[2]电力系统稳态分析.中国电力出版社