钢铁企业用电具有容量大、负荷冲击大、起制动频繁、快速性等特点。轧机、炼钢电弧炉、大型风机等应用较多的大功率变流、变频装置,在正常运行时会引起无功功率较大的波动、低功率因数、损耗增加、谐波含量超标等问题,严重影响配电系统电能质量和用电设备的安全、可靠运行。为确保企业电网正常运行,同时达到合理用电、节约用电的目的,就需要合理安装无功补偿设备。
1、钢铁行业的无功负荷
①钢铁企业配电系统中,异步电动机、感应电炉、吊车、交流电焊机等大量电感性设备是主要的无功功率的消耗者。
②电力变压器所消耗的无功功率一般为其额定容量的10%~15%,空载无功功率约为满载时的1/3左右。变压器空载运行或长期处于低负载状态下运行会大大降低功率因数。
③当供电电压超出规定范围时会对功率因数造成很大的影响。供电电压高于额定值的10%时,无功功率将增长得很快;低于额定值时,无功功率将相应减少,但是会影响电气设备的正常工作。
2、钢铁企业的无功补偿
钢铁企业电力系统的补偿方式有以下几种:
①集中补偿。将配电系统所需的无功补偿容量全部集中在变电所或配电变压器的馈电汇流母线上,进行统一的补偿。这种补偿方式比较适合负荷集中、无功补偿较大的场合。
②分散补偿。将配电系统所需要的无功补偿容量按局部负载大小进行分配。这种补偿方式适合负载较分散的场合。
③就地补偿。将电容器直接安装在用电设备附近,对系统最末端负载所消耗的无功功率进行就地补偿。当负载中大中型电机比重较大,或单体整流负荷较大,利用小时数又较高时,这种补偿方式效果最佳。
3、无功补偿装置分析
①并联电容器组。并联电容器组具有运行可靠、维护方便、容量组合容易、可以分组投切等特点,在钢铁企业中得到广泛应用。但钢铁企业配电系统存在分布广泛的高次谐波,对并联电容器运行有很大影响。因此必须合理配置电容器和串联电抗器,保证整个电网的安全运行。
②静态无功发生器(SVG)。SVG的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联到电网上,适当调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位,使电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。
4、无功补偿节能分析
进行无功补偿后,系统功率因数达到理想范围,因而视在功率就可以更多地供给有功功率,提供电能利用效率。其主要好处有以下几点:
①减小系统压降。通过无功补偿,可有效减少电压损失。
②提高设备利用率。在设备容量不变的条件下,因为减少了无功功率的输出,所以可以多输出有功功率,从而充分发挥设备潜力,提供设备利用率。如果需要的有功功率不变,则由于无功减少,所需的配电设备容量也相应减少。
③降低系统电能损耗。当功率因数升高,负荷电流降低时,线路的有功损耗就会明显降低。一般说来功率因数从0.7~0.85提高到0.95,有功损耗能降低20%~45%。
无功补偿对改善电能质量、提高电压稳定性水平起着重要作用,通过在钢铁企业供配电系统中合理设置无功补偿装置,可以减小系统电压波动,提高系统功率因数,减少配电线路上的电能损耗,提高设备利用率,给钢铁企业带来很高的经济效益。