码头输煤系统无功补偿容量的优化配置及实施效果

2014-10-20李庆昌

综合智慧能源 2014年7期

李庆昌

(华电莱州发电有限公司，山东莱州 261441)

0 引言

华电莱州发电有限公司输送燃料码头建有2路输煤皮带(以下简称A路、B路)，A路、B路皮带各由4台高压电动机带载，A路皮带电动机命名为1A，2A，3A，4A电动机，B路皮带电动机命名为1B，2B，3B，4B电动机，A路皮带电动机电源取自10 kV A段母线，B路皮带电动机电源取自10 kV B段母线。原设计10 kV A，B段母线上分别接有1套容量为300 kV·A的无功补偿装置，但在实际运行中发现10 kV A，B段母线功率因数较低，远低于电网要求的功率因数0.9的门槛值，功率因数的不断调整，导致电费增高。基于上述情况，笔者经过深度计算，提出了无功补偿优化配置方案，意在提高系统功率因数，节省生产成本。

1 功率因数低的原因分析

1.1 电量及功率因数调整电费情况

2013－01－09—02－25，A路、B路综合功率因数及功率因数调整电费情况见表1。

表1 A，B路综合功率因数及功率因数调整电费情况

1.2 A路、B路的无功补偿情况分析

(1)A路。A路皮带电动机空载及带载运行有关数据见表2。

在表2中，需要说明的是:皮带电动机空载或轻载时，自身有功功率很小、无功功率较大，无功补偿后功率因数仍很低;随着负载的提高，有功功率增大，无功功率基本不变，补偿后总功率因数提高;在皮带空载或轻载条件下，无功补偿装置容量(300 kV·A)严重不足;在皮带负载升高至一定水平时，无功补偿容量足够。

表2 A路皮带电动机空载及带载运行有关数据

(2)B路。在2B和3B皮带电动机开启空载运行时(此时B路无其他负载)。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214 kW，无功功率398 kV·A，功率因数0.48，补偿后二次有功功率 214 kW，无功功率107 kV·A，功率因数提高至0.89，即无功补偿装置补偿值(300 kV·A)尚不足以将B路功率因数提高至0.9，当B路上的4台皮带电动机全部运行时，无功功率缺口更大(注:实际系统电压略低于无功补偿装置额定电压，故无功补偿实际容量略低于300 kV·A)。

功率因数基本公式为

式中:cos φ为功率因数;P为有功功率;Q为无功功率。

分析结果如下:

1)不论是A路还是B路，在皮带电动机空载或轻载运行时，其有功功率很小，而无功功率接近额定值，无功补偿装置容量(300 kV·A)是按照皮带电动机有功负荷量最大、功率因数值达0.9设计的，在系统空载或轻载时，无功补偿容量明显相对不足，功率因数极低。

2)在燃料流量即皮带有功功率升高至一定水平时，A路无功补偿容量足够将功率因数补偿至0.9以上，而B路则因皮带电动机本身的原因，无功负荷过大，即使在有功功率较高时，无功补偿容量(300 kV·A)仍不足以将功率因数提高至0.9。

3)需根据A路和B路不同的无功功率消耗，重新优化配置其无功补偿容量。

2 无功补偿容量优化配置方案

2.1 A 路

A路需增加无功容量计算(功率因数目标值设定为0.97)，具体计算结果见表3。

表3 A路需增加无功容量计算结果

在表3中，需要说明的是:(1)皮带电动机负载时的无功功率与空载相比变化极小，且10 kV母线电压无变化、不致引起其他容性和感性负载的功率变化，皮带电动机负载时系统无功负荷量与空载时的无功负荷量十分接近，因此，皮带电动机负载时系统所缺无功容量可通过表3空载数据进行计算。(2)功率因数补偿度在达到0.95～1.00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“过犹不及”)，在这样的情况下，可将无功补偿目标值定为0.97。

2.2 B 路

A路与B路工况特性对比结果见表4。

表4 A路与B路工况特性对比 A

皮带电动机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。主要原因为:B路皮带电动机制造工艺不良，漏磁通大，主磁路磁导小、建立主磁场所需的无功电流大，导致无功消耗更多，在同等条件下，它比对应的A路皮带电动机无功消耗增大约50%。

根据相关数据，计算出10 kV A段(即A路皮带)所需增加的无功补偿容量为195 kV·A，取200 kV·A;10 kV B段(即B路皮带)所需增加的无功补偿容量为450 kV·A。

3 优化配置改进实施

3.1 10 kV A段(A路皮带)

根据算法，计入400 V侧无功功率，根据实测结果，10 kV A段总无功负荷量为770 kV·A。将原设置于10 kV B段的无功补偿容量(300 kV·A)变更移至10kV A段，与原设置于10kV A段的无功补偿装置(300 kV·A)，共计600 kV·A，共同构成10 kV A段的无功补偿容量。由于10 kV A段将出现2套300 kV·A无功补偿装置分组投切的情况，将2套补偿装置中原来控制单组300 kV·A的控制器中分别设定不同的投切延时，以实现整组300 kV·A+300 kV·A补偿装置根据10 kV A段无功负荷量的变化分组投切功能。

3.2 10 kV B段(B路皮带)

根据上述算法，10 kV B段的无功需量为750 kV·A，考虑增设总容量为750 kV·A无功补偿装置1套，采用300 kV·A+450 kV·A分2组投切的方式。

3.3 避免“反复投切”

考虑到在A路或B路皮带检修时可能会出现1到2台皮带机试转的情况，此时10 kV A段或B段无功负荷低于300 kV·A。为防止出现无功补偿装置投入即过补、随即切除、然后再次投入再次切除的“反复投切”现象，在控制器内层程序中设置无功补偿投入的最低无功负荷门槛值为300 kV·A，即系统无功负荷量低于300 kV·A时，无功补偿容量暂时不投入，系统无功负荷量高于300 kV·A时，无功补偿分组投入。