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胜利露天矿110KV变电站无功补偿改造经济效益分析

2021.01.25点击:

【摘要】公司110KV变电站自2006年11月份投用以来,平 均功率因数较低,仅在0.85-0.88之间,低于电力部门的考核值 0.9,因此公司每月需缴纳一定数额的罚款。为提高 110KV 变电站 功率因数,改善电能质量,降低电费、降低生产成本,公司实施 了无功补偿改造项目,改造完成后,效果良好,经济效益明显。 【关键词】无功补偿;经济效益 doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2020.35.4445

一、导语 为提高胜利 110KV 变电站功率因数,改善电能质量,降低电 费、降低生产成本,公司决定对胜利 110kV 变电站进行无功补偿 改造。 二、功率因数对供电系统的影响 在供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下,无功功率 增大,即供电系统的功率因数降低将会引起以下问题: 1. 增加电网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。若设 备的功率因数降低,在保证输送同样的有功功率时,无功功率就 要增加,这样势必就要在输电线路中传输更大的电流,使得输电 线路上有功功率损耗和电能损耗增大。 2. 系统中总电流增加,使得供电系统中的变压器、断路器、 导线等设备容量增大,从而使内部的起动控制设备、测量仪表等 规格增大,因而增加设备投资费用。 3. 功率因数过低还将使线路的电压损耗增大,由于线路有阻 抗,所以负荷电流通过时有一定的电压损失,负荷端的电压就要 下降,甚至会低于允许偏移值,从而严重影响异步电动机及其它 用电设备的正常运行。影响供电质量。 4. 电力系统内的电气设备利用率降低,无功电流增加后,供 电设备的温升就会超过额定值,为了控制设备的温升所以工作电 流也受到控制,这样就降低了设备的供电能力。 三、提高功率因数对用户端的意义 1. 通过改善功率因数,减少了线路中总电流和供电系统中的 电气元件,如变压器、电器设备、导线等的容量,不但减少了投 资费用,而且降低了本身电能的损耗。 2. 良好的功因数值,减少供电系统中的电压损失,可以使负 载电压更稳定,改善电能的质量。 3. 减少了电费支出 ; 功率因数提高后,供电部门将给予一定 的奖励费用。 四、无功补偿项目实施方案 (一)如何提高功率因数 1. 提高自然功率因数。自然功率因数是在没有任何补偿情况 下,用电设备的功率因数。提高自然功率因数的方法 : 合理选择 异步电机的规格和容量 ; 避免变压器空载运行 ; 在使用条件要求不 高尽量选用采用同步电动机代替异步电动机。如水泵、风机等。 2. 采用人工补偿无功功率。装用无功功率补偿设备进行人工 补偿,电力用户常用的无功功率补偿设备是电力电容器。 针对我公司的实际情况,采用高压动态无功补偿技术 (MSVC 技术),实现补偿容量连续平滑可调,最终达到功率因数 保持在 0.96-0.98 之间。 (二)技术方案 110KV 变电站无功补偿项目计划采用目前国内最先进的动态 无功补偿技术(MSVC),根据负荷变化,通过控制感性无功的输 出量,抵消多余容性无功部分,以实现补偿容量连续平滑可调, 最终实现功率因数保持在 0.96-0.98 之间。 1. 补偿容量计算 1.1 主变 35kV 侧补偿容量计算 经过对35kV 侧实际测试的数据分析可知,35kV 有功功率 95% 时间段内为7800kW,功率因数为0.8。35kV 母线基波补偿 容量为:Q35 = P(tanφ1 - tanφ2)式中: Q35 -电容器基波容量, kVar。P -系统的有功功率,kW。tanφ1 -补偿前的功率因数角。tanφ2 -补偿后的功率因数角。以35kV 母线目标功率因 数为:0.97,则从 0.8 补偿到 0.97,补偿因子为 0.5kVar/kW 则 Q35=7800*0.5=3900kVar 根据测试数据可知,35kV 母线的长时间运行电压为37.5kV 左右,3 次谐波电流最大,为了使加装的 FC 支路对系统中的谐波 起到抑制和滤除作用,在此选用电抗率为 12% 的串联电抗器。 1.2 主变 6kV 侧补偿容量计算 经过对 6kV 侧实际测试的数据分析可知,6kV 有功功率 95% 时间段内为 7036kW,功率因数为 0.89,测试时投入了 650kVar 的 电容补偿。 6kV 母线基波补偿容量为:Q6 = P(tanφ1 - tanφ2) 式中:Q6 -电容器基波容量,kVar。 P -系统的有功功率,kW 。tanφ1 -补偿前的功率因数角。tanφ2 -补偿后的功率 因数角 以 6kV 母线目标功率因数为:0.97,则从0.89 补偿到0.97, 补偿因子为 0.26kVar/kW,则 Q6=7036*0.26=1830kVar。 考虑到测试时投入了 650kVar 的电容器组,因此在此的基波 补偿容量应为:1830kVar+650kVar=2480kVar 根据测试数据可知,6kV 母线的长时间运行电压为 6.1kV 左 右,5 次谐波电流最大,为了使加装的 FC 支路对系统中的谐波起 到抑制和滤除作用,在此选用电抗率为 6% 的串联电抗器。 1.3 主变无功损耗计算: Q主变= 空载无功功率+ 负载无功功率(即无功损耗为: △ Q=Q0+KTβ2QK   Q0 ≈I 0%SN, QK ≈U K%SN ,KT: 负载波动损耗系 数 ;β: 平均负载系数 ;QK: 额定负载漏磁功率 (kvar);Uk%: 阻抗电 压 ( 短路电压百分比 )),根据经验将变压器的无功损耗按额定容 量的6% 考虑:则:单台SSZ9-40000/110 主变的无功损耗约为: 2400kVar。 1.4 总无功基波补偿容量计算 Q总=Q35+Q6+Q主变=3900kVar+2480kVar+2400kVar=8780kvar 考虑一部分余量,以满足后期用电设备的增容等因素,根据 要求主变高压侧目标功率因数实时≥0.97,无功补偿装置总补偿容 量取 9500kVar, 电容器安装总容量取 12000kVar。 由于露天矿负荷的特性,有时负荷小的时候无功需求很小, 因此配备的磁控电抗器容量必须能完全吸收所有电容器组投入系 统时的容性无功。 根据本工况的情况及无功补偿设计的相关规范,在本变电站 35kV 绕组母线上加装额定容量 6000kVar 的磁控式动态无功补偿 装置(MSVC), 1 组 6000kVar 电容器组,配 1 台容量为 5000kVar 的磁控电抗器。在6kV 绕组母线上加装额定容量6000kVar 的 磁控式动态无功补偿装置(MSVC), 其中电容器组分为两组 3000kVar,配 1 台 5000kVar 的磁控电抗器。现变电站有两台容量 均为 40000kVA 的变压器,根据系统要求,现需在 35kV 侧、6kV 侧各装设一套总容量为6000kVar 的 MSVC 型动态补偿装置来满 足需要,以保证功率因数稳定在 0.97 以上,提高功率因数,改善 电压质量。 五、无功补偿产生经济效益 我公司的主要用电负荷是异步电动机,属于感性负荷,这些 感性设备在运行过程中不仅需要吸收有功功率,还吸收无功功率。 因此在二次侧安装并联电容器无功补偿设备后,可以补偿感性负 荷所消耗的无功功率,减少由电网电源侧向感性负荷提供的无功 功率,由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可降低输电线 路的电能损耗,这是无功补偿的显性经济效益。 六、束语 针对我公司负荷变化率较大的实际情况,采用高压动态无功 补偿技术(MSVC 技术),实现补偿容量连续平滑可调,最终达 到功率因数保持在 0.96-0.98 之间。不但提高了电气设备的使用寿 命,减少了采购、维修成本,而且由电网电源侧向感性负荷提供 的无功功率,由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可降低 输电线路的电能损耗。给公司带来了可观的效益。


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