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某码头供电系统10kV段功率因数偏低原因分析及对策

2014-05-23刘为迅

电气技术 2014年8期
关键词:皮带机功率因数电费

刘为迅

(中交天津港湾工程设计院有限公司,山东 青岛 266071)

1 基本情况

该码头主要为煤炭装卸码头,主要用电设备为皮带机及辅助生产设施,其变电所供电系统原设计情况如下:高压侧设置了两段10kV 母线,运行方式为单母线分段运行,互为备用。高压主要用电设备为8 台皮带输送机,总负荷3430kW,每段负荷1715kW,单段补偿300kVar;低压负荷主要为辅助电机类,计算负荷418kW,变压器容量630kVA,低压无功补偿175kVar。

2 问题情况

码头试运行一个月以来,整个电气系统运行稳定,但发现变电所10kV 段电能计量功率因数低,无功功率负荷较大。试运行期间内,10kV a 段母线有功电量为111417kW·h,无功电量为98654kVarh,功率因数仅为0.75,处罚7.5%;10kV b 段母线有功电量为183135kW·h,无功电量为249635kVarh,功率因数仅为0.59。处罚27%。

3 原因分析

3.1 对原设计参数分析[1-2]

根据各个设备铭牌参数,采用需要系数法进行有功、无功功率核算,核算情况见表1。

表1 无功补偿核算表

由表1核算可知,若设备均正常运行,理论上10kV电源进线处功率因数应不低于0.93,完全满足要求。

3.2 对供配电系统设备进行现场检测

1)检查就地电能表显示的有功电量、无功电量值,与供电电源处10kV 综保装置统计值比对,数据吻合;现场实测电能表的电压电流相角差无误。

2)检查10kV a、b 段所带无功补偿装置,发现a、b 段补偿装置手动自动、手动方式下均运行正常。

3)检测低压段无功补偿,发现低压无功补偿装置运行正常,补偿后功率因数为0.93。

由现场检测推断,供配电系统本身无问题,原因可能在于用电设备本身。

3.3 对变电所10kV 高压侧用电设备进行检测

空载启动各皮带机进行检测,首先检测功率因数更低的b 段母线:仅#2 和#3 皮带电机开启空载运行时(此时b 段无其他负荷)。观察无功补偿装置投入前后电能表记录的无功功率变化,补偿前二次有功功率0.014kW、无功功率0.026kvar、功率因数0.48,补偿后二次有功功率0.014 kW、无功功率0.007kvar、功率因数提高至0.89,即无功补偿装置补偿值(300kvar)不足以将整段负荷的功率因数提高至0.9。当b 段上的皮带电机空载全开时,补偿后无功功率降至0.56;以同样的方式检测a 段:全部空载后功率因数降至0.65。因此,皮带电机空载运行明显恶化功率因数。

在码头试运行时对皮带机回路其进行轻负载运行(1000t/h)和额定负载(1500t/h)运行检测,测得的皮带电机带载运行数据统计如下。

表2 a 皮带电机带载运行数据

表3 b 皮带电机带载运行数据

3.4 结论

1)皮带电机空载或低货物荷载时,自身功率因数很低,无功补偿后仍较低。

2)随着皮带机货物荷载的提高,皮带电机自身功率因数提高,补偿后总功率因数提高。

3)随着皮带机货物荷载的进一步提高,直到接近额定荷载时,a 段10kV 母线无功补偿容量足以将总功率因数改善至0.9 以上,但b 段10kV 母线无功功率补偿仍有较大缺口。

4)在皮带空载或轻载条件下,无功补偿装置容量严重不足;在皮带负荷升高至一定水平时,情况有所改善。

5)皮带电机1a 和1b、2a 和2b、3a 和3b、4a 和4b 的额定功率、额定电流、额定功率因数等参数完全一致,但两者的制造厂家不同、空载电流、空载有功功率、空载无功功率、空载功率因数等差距很大。表明b 路皮带电机制造工艺不良,漏磁通大,主磁路磁导小、建立主磁场所需的无功电流大,致无功消耗更多,同等条件下相比对应的a 路皮带电机无功消耗增大约50%。

4 对策及其分析[3]

4.1 方案分析

对策根据上述原因分析,为改善现有功率因数偏低的状况,可考虑一下两种方案:

第一种方案是提高装卸效率,从而提高皮带机的运行荷载,减少皮带机空载或轻载的运行时间,从而改善现在功率因数偏低的情况。方法是提高门机操作人员的熟练程度,提高整个输送系统的维护程度,根据气象情况合理安排船舶靠泊时间。

第二种方案是从设备方面解决,根据现有运行情况,最大补偿容量按照各皮带机空载运行时所需无功补偿容量,计算数据见表4。

表4 最大无功容量计算

注:补偿度在0.95~1.0时,功率因数调整电费奖励比率均为0.75%,同时为防止无功过补偿(过补的功率同样以绝对值的方式积分累计入电表无功电量,因此使用方要求,将无功补偿目标值调整为0.95。

根据上述计算和现有情况,补偿方案如下:将原设置于b 段10kV 母线的无功补偿装置(300kVar)变更移至a 段10kV 母线,与原设置于a 段10kV 母线的无功补偿装置(300kvar)共同构成a 段10kV母线的高压无功补偿容量,共计补偿容量600kvar;b 段10kV 母线的所需无功补偿容量为750kvar,因此考虑新增设容量为750kvar 无功补偿装置一套,采用300kVar+450kVar分两组投切的方式。

4.2 效果分析

第一种方案经济效益最好,在提高了码头的装卸运输效率同时又提高了功率因数,达到双赢的局面,但是缺点是需要时间较长,在一段时间内功率因数偏低的情况无法得到有效改善,而且易收到气象、人员调度原因影响。

第二种方案所需时间短,虽然需要一次性投资购置相关设备,但是可通过后期电费奖励来抵除投资费用,其经济效益分析如下:经咨询相关设备厂家,设备购置费用及安装约为110 万。设备安装完毕之后,功率因数最高可提高至0.95,功率因数调整电费月增减率为7.5%。以试运行一月的数据为例,经济效益分析见表5。

表5

表5中电价为当地价格。根据当地电业部门要求,电费计算公式:电费金额=基本电费+电度电费+功率因数调整电费,功率因数调整电费=(基本电费+电度电费)×功率因数调整电费月增减率。

由表5可见,按第二种方案改造后,以试运行阶段的电量为参照,每月可节省电费82476 元,14个月即可抵消改造费用。因此,最终方案确定为立刻实施第二方案,同时逐步推进第一方案。

5 结论

目前该码头10kV 供配电系统的无功补偿已改造完毕并投入使用,经实际验证,功率因数基本上保持在0.95 左右,完全满足电业部门及使用方的需要。同时也可为同类工程提供了一个借鉴,即在电容补偿相关计算的时候,不仅需要根据设备铭牌参数来进行计算,同时还用将设备将来的运行情况一并考虑。

[1] 王前虹,韩志树,赵建玉.两种无功功率补偿的计算方法[J].山东建材学院学报,2000(1):74-75.

[2] 王鑫国.10kV 配电网无功功率平衡及优化补偿[J].农村电气化,2001(3) :24-25.

[3] 赵慧艳.无功功率补偿技术及补偿方案的确定[J].工矿自动化,2005(6):95-96.

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