化工企业无功补偿的节能潜力分析

孙卫明 张立明

（中国海洋石油总公司节能减排监测中心，天津，300452）

1 引言

化工企业主要用电设备为空压机、各类风机、泵类等感性负载，这些感性设备在生产运行中要吸收大量的无功功率。而无功功率的增加会造成企业供配电系统功率因数降低，从而出现企业供配电系统电压下降、电机等设备效率降低、线路损耗增加以及供配电系统供电能力下降等情况。因而进行无功功率补偿，提高供配电系统功率因数对化工企业节能降耗有着极其重要的意义。

2 企业供配电系统简介

某化工企业是一家以天然气为原料，设计年产30万吨合成氨，52万吨大颗粒尿素的大型氮肥企业。该企业采用110kV供电，电源取自当地供电公司的变电站，经两台25000kVA主变压器降至6kV后供给企业和公用工程用电，年用电量在9500万kwh左右。企业供配电系统图如图1

图1 某化工企业供配电系统图

在对企业供配电系统进行监测时发现，企业在110kV进线处功率因数为0.9以上，满足当地供电局对该企业功率因数的要求；但在部分6kV用户侧（如循环水变配电所等）功率因数仅为0.7左右，有的甚至低于0.6，使得企业供配电系统长期运行在低效率、高损耗的状态。企业主要配电室功率因数监测数据参见表1 。

表1 企业主要配电室功率因数监测数据

在对企业供配电系统进行现场监测时发现部分装置无功补偿装置运行不正常：如合成装置是全套引进国外设备，无功补偿电容分散集成在各配电柜内。但由于目前装置已运行15年，大大超出补偿电容的正常寿命，而目前国内外均没有合适的配件进行更换，造成装置运行时没有无功功率补偿，致使电力系统运行条件恶化。同时发现循环水泵与配电变压器距离较远，因功率因数偏低致使电力电缆线损过大。

3 功率因数偏低的危害

企业供配电系统自然功率因数偏低，将造成以下不良影响：

3.1 增加电网电力损耗

功率因数的降低，增加了企业供配电系统中变压器和线路的损耗。假设企业供配电系统中传输的有功功率为P，则原线路与功率因数提高后的线路损耗差值如式（1）。

式中：

ΔP——原线路与功率因数提高后线路损耗的差值，kW；

ΔP1——原线路损耗，kW；

ΔP2——功率因数提高后的线路损耗，kW；

R——线路电阻，Ω；

I1——原线路电流，A；

I2——功率因数提高后的线路电流，A。

比原线路损耗减少的百分比计算如式（2）。

式中：

θ——功率因数提高后线路损耗比原线路损耗减少的百分比，%；

U1——原线路电压，V；

cosφ1——原线路功率因数；

U2——功率因数提高后的线路电压，V；

cosφ2——功率因数提高后的线路功率因数。

在实际情况下，功率因数补偿后，线路的电压U2＞U1。但在此为了方便分析，可以认为，则上式可简化为式（3）。

现以一条线路从不同功率因数提高到0.9时为例，其线路损耗降低率见表2 。

表2 不同功率因数下的线损率

由于变压器的铜耗与所输送电流平方成正比，由上面分析可知当变压器的功率因数从0.8提高到0.9时，其铜耗仅相当于原来的79%，降低了变压器的损耗。

3.2 降低了供配电设备的供电能力

以一台1600kVA变压器为例，功率因数从0.6、0.7、0.8不同时期其所带负荷见表3 。

表3 不同功率因数下的变压器供电能力

由上表可以看出，在功率因数不同的情况下，电网实际带负荷的能力下降。

3.3 增加了线路压降

功率因数偏低，造成线路损耗增加，线路电压降也增加，使得末端用电设备运行条件恶化，造成某些对供电电压比较敏感的设备运行不正常，产生危害。

4 解决方案

利用无功补偿装置提高系统的无功容量，根据系统需要的无功功率灵活投入，这样就可以提高系统的功率因数。通常采用的补偿方式分为集中补偿、分散补偿和就地补偿三种方式。其主要优缺点见表4 。

表4 无功补偿方式对比

5 无功补偿节能潜力计算

综合以上三种补偿装置的优缺点，同时针对某企业现场核实的情况，建议企业在空分、合成、包装三个配电室设置分散补偿装置；而在循环水配电室设置就地补偿装置。

通过对企业供配电系统安装无功补偿装置，向电网提供可调节的容性负荷，补偿多余的感性负荷，使企业内部功率因数提高到0.9以上。以线损为例，年用电量为9500万kwh，按照企业线损率为5%，功率因数由0.8提高到0.9，每年可减少线损99.75万kwh，按照0.67元/kwh计算，年可节约66.83万元。

6 结论

从以上对企业功率因数的分析可以看出，提高功率因数对于企业开展节能减排、低碳环保工作有着极其重要的作用。在国家“十二五”节能减排规划的大背景下，企业的节能减排工作就需要从小事做起，通过技术手段降低企业用能消耗，为社会的节能减排工作做出自己的贡献。

[1]中国电气工程大典编辑委员会.中国电气工程大典第11卷.北京：中国电力出版社，2009年