造纸企业高压无功补偿的应用

卢保阳

(泰山石膏股份有限公司泰和纸业,山东泰安,271026)

造纸企业高压无功补偿的应用

卢保阳

(泰山石膏股份有限公司泰和纸业,山东泰安,271026)

根据公司的实际情况,简要概述了高压无功补偿在配电系统中的实际意义及对造纸等高能耗企业的使用价值

高压;无功补偿;配电系统;造纸企业

造纸企业一直都是能耗大户,为保证正常生产的需要,每年都消耗大量的能源,历来是国家能耗监测的重点。随着金融危机向实体经济的蔓延,节能降耗越来越成为每个造纸企业节约成本、控制开支的必然选择。各种节能降耗技术不断得到广泛而又深入的应用。现结合泰山石膏股份有公司泰和纸业制浆高压系统的情况,对高压无功补偿的实际应用进行介绍。

泰和纸业公司每月耗电量达 400万 kWh以上,尤其是制浆系统用电负荷高,因为是间歇式制浆,负荷变化量大,再加上制浆操作过程中多台高压电机(总容量为 2365 kW)直接起动,对供配电系统有很大的影响。虽然低压部分已经进行无功补偿,而且功率因数已经补偿到 0.98,甚至接近 1.0,但对整个制浆高压系统作用不是很大,总线功率因数仅为 0.92左右。为了增强制浆高压系统的稳定性,保证系统供电质量,尽可能地节约用电,降低损耗,应该在高压系统增加无功补偿装置 (高压系统如图1所示)。现根据泰和纸业公司实际情况进行分析。

1 补偿容量的确定

根据提高功率因数确定补偿容量的方法,按照公式 (1)计算。

图1 制浆高压系统简图

其中:

Qc为提高功率因数需要的补偿容量,kvar;

Pm为最大负荷月份的平均有功功率,kW;

tgφ1为提高前功率因数的正切值;

tgφ2为提高后功率因数的正切值。

由生产过程中制浆系统耗电记录可知:

Pm=Wm/Tm=2450000/(24×29)=3520(kW)其中:

Wm为制浆系统月耗电量,kWh;Tm为制浆系统月运行时间,h。

提高前功率因数取 0.92,提高后功率因数取0.98。

查表可知:tgφ1=0.426,tgφ2=0.2031

代入公式计算可知:

为方便计算,取需要补偿的容量为 750kvar。

2 投入无功补偿,提高功率因数的意义

2.1 无功补偿经济当量

所谓无功补偿经济当量,就是无功补偿后,当电网输送的无功功率减少 1 kvar时,使电网有功功率损耗降低的千瓦数。即无功补偿后,有功功率损耗可按式 (2)计算。

其中:

Kq为无功补偿经济当量,查有关资料可知,其估算值为 0.08～0.1,取其下限计算得:ΔP=Kq×Qc=0.08×750=60(kW)。

即增加 750 kvar的无功补偿后,可使有功功率损耗降低 60 kW。

2.2 降低线路损耗,节约能源

线路损耗是电力输送过程中的一个重要指标,在电能损耗中占一定的比例。根据公式 (3)进行计算。

其中:

PL为线路损耗,kW;

P为平均有功功率,kW。由上述计算可知,制浆过程中 P=3520 k W,为方便计算,将有功功率约为3500 k W;

R为线路电阻,Ω。查资料可知 185 mm2高压电缆等值电阻为:R=0.0991Ω/km;

U为系统电压,kV;

cosφ为系统功率因数。

增加无功补偿前:P=3500 kW,R=0.0991Ω,U=10 kV,cosφ =0.92。

代入公式 (3)得:

增加无功补偿后:P=3500 kW,R=0.0991Ω,U=10 kV,cosφ=0.98,

代入公式 (3)得:

由此可得,增加无功补偿后可降低线路损耗为:

2.3 提高设备容量,增加设备出力

增加无功补偿,提高功率因数后,如果变压器容量不变,则可以使当前变压器的有功负荷提高,使该变压器的容量增加为:

其中:

P为增加无功补偿后变压器增加的有功负荷,kW;

S为变压器额定容量,kvar;

cosφ1、cosφ2为增加无功补偿前后的功率因数。

即将功率因数由 0.92提高到 0.98后,可使变压器增加 378kW的有功负荷。

2.4 提高系统末端电压,增强系统稳定性

在输送电系统中,因为线路电阻、感抗的存在,会使系统电压降低,到一定程度时,会影响设备的正常运行。而且,电压越低,线路损耗越严重,消耗的电量就会越多。因此,降低系统电压损失对节能降耗、保证系统稳定也是很重要的。线路电压降的简化计算见公式 (4)。

其中:

P、Q分别为负荷有功和无功功率;

R、X分别为线路等值电阻和电抗;

U为线路额定电压。

由式 (4)可知,R、X、U为一个定值,在系统有功负荷不变的情况下,增加无功补偿后,会使系统无功功率降低,从而使系统电压降减小。因此,增加无功补偿,可以提高系统末端电压,增强系统稳定性。不过,电压升高会对部分电器设备、元件产生影响,使耐压性能低的设备更容易损坏。

2.5 降低输送线路电流,提高电缆稳定性

由工业园到泰和纸业制浆高压系统的电缆为铠装三芯电缆,线径为 185 mm2,其埋地最大承载电流为310 A,而开启旧报纸制浆系统时正常运行电流为260 A,最大瞬时电流达到 290 A,如果再增加大容量设备,电缆载流量是个瓶颈。投入无功补偿,提高功率因数后,会使系统有功损耗降低,系统电压升高,线路电流降低,这不仅会降低线路损耗,而且在一定程度上可以保证电缆正常稳定的运行,对制浆系统增加设备有很大意义。

2.6 减少电费支出

按照国家规定,工业企业用户应该支付以下三部分的电费:按变压器容量 (或最大负荷)交付的基本电费;按有功电量交付的电费;按每月平均功率因数增加或减少一定百分比的功率因数电费。因此,投入无功补偿,功率因数提高后,不仅会节约有功电量的电费,还会节约一部分功率因数电费。具体情况见表1和表2所示。

增加无功补偿后因功率因数提高可以节约的电费量与企业当地实际情况和电费支付方式有关,在此就不再计算。但仅根据降低的有功损耗和线路损耗,每年可节约的电量为:

电量按照 0.5元/kWh计算,则可节约电费:

468792 ×0.5=234396(元 )

表1 功率因数与电费减少的关系

表2 功率因数与电费增加的关系

通过以上计算、分析可以看出,增加无功补偿,提高功率因数会使制浆高压系统更加稳定、可靠,并且会节约很大一部分电费支出。因此,高压系统增加无功补偿、提高系统功率因数既有很高的技术需要,更有很大的经济利益,不失为一个优化系统、节能降耗的良策。

Application of High Voltage Reactive Power Compensation in PaperM ills

LU Bao-yang
(Taihe Paper,Taishan Gypsum Co.,Ltd.,Taian,Shandong Province,271026)

The significance of high voltage reactive power compensation in electric distribution system and its application value in energy consuming industries such as papermills are discussed based on the authors experience.

high voltage;reactive power compensation;electric distribution system;papermills

TS737

A

0254-508X(2010)04-0073-03

卢保阳先生,助理工程师。现任泰山石膏股份有限公司泰和纸业电气仪表车间主任。

(E-mail:baoyanglling@163.com)

2009-12-01(修改稿)

(责任编辑:马 忻)