摘要：在矿山供电系统中,绝大部分负荷都具有电感特性,它们都需要从供电系统吸收无功功率,当有功功率需要保持恒定,无功功率需要量增大将对供电系统产生以下影响:降低发电设备和供电设备的利用率;增加输电线路和发电机的功率损失;使线路电压降增大,降低电能质量。
关键词：矿山供电,有功功率,无功功率,功率因数
由于矿山企业采用大量的感应电动机和变压器等用电设备(如带镇流器的日光灯、交流接触器等),供电系统除供给有功功率外还需供给大量无功功率,使发电和输配电设备的能力不能充分利用,为此,必须提高用户的功率因数,减少对电源系统的无功需求量。
功率因数就是在交流电量中有功功率与视在功率之比值,用λ表示,即:λ=p/s=cosφ。它是一项重要的力能经济指数,如上面所述的用电设备,它们的功率因数都比较低,满负荷时约为0.7~0.85;轻载时在0.5以下,功率因数不高原因是由于电感性负载的存在,而电感性负载的功率因数之所以小于1,是由于负载本身需要一定的无功功率。按照供用电规则,高压供电的工业企业的平均功率因数不小于0.95,其它单位不低于0.9。
一、无功功率需要量增大将对供电系统产生以下影响:
(一)降低发电设备和供电设备的利用率
发电机、变压器额定容量,是根据额定电压UN和额定电流IN设计的。额定电压和额定电流的乘积,即为额定视在功率Sr=UNIN,它代表设备的额定容量,在数值上等于允许发出的最大功率。因为发电机在额定工作状态下发出的有功功率为:PN=UNINcosφ
当负载的功率因数cosφ=1时,PN=NS,其容量得到充分利用;当负载的功率因数cosφ<1,而发电机的电压和电流又不容许超过额定值,显然,这时发电机所能发出的有功功率较小。而无功功率则较大,无功功率越大,电路与电源之间能量交换的规模越大,发电机发出的能量不能得到充分的利用,同时发电机配套的原动机及变压器等设备也不能充分利用。
(二)增加输电线路和发电机的功率损失
当发电机的电压U和输出的有功功率P一定时,电源I与功率因数成反比,而线路和发电机绕组上的功率损耗△P与cosφ的平方成反比,即I=P/Ucosφ
△P=I2r=(P/Ucosφ)2r=P2/U2×1/cos2φ×r
式中,r是发电机绕组和线路的电阻。
在P、U一定的情况下,cosφ越低,电流I就越大,电流流过输电导线,在输电线路上引起的功率损耗越大,就意味输电线路传输电能的效率越低。
(三)使线路电压降增大,降低电能质量
由I=P/Ucosφ可知,在P、U一定时,功率因数越低,输电线上输送的电流就越大,在线路上产生的电压降△V=I│z│也就越大,电能质量降低,特别在电网末端将会长期处于低压运行状态,影响负荷的正常工作,满足不了用户需求。为提高电压,必须在系统中装设调压设备,如带负荷调压器等。
二、通过以上分析提高功率因数的方法,归纳有以下两个途径:
(一)提高用电设备本身的功率因数(自然功率因数)
合理选择和使用电气设备,避免“大马拉小车”现象,合理选择电动机的容量,使电动机的容量与被拖动的机械负载配套。当电动机实际负荷比其额定容量低很多时,功率因数就会急剧下降。另外,也要有合理的调度,安排生产工艺流程,限制电气设备空载运行。
(二)用其它设备进行补偿
矿山企业为了使功率因数达到规定值以上,一般都用并联电容器的方法进行人工补偿,电力电容器具有投资省、有功功率损失小、运行维护方便、故障范围小等优点。通常是将电容器(设备在用户载变电所中)并联到电感性负载的电路中,利用感性负载的无功功率与电容的无功功率相互抵消补偿的原理来提高功率因数;在电感性负载上并联了电容器后,减少了电源与负载之间的能量互换,这时电感性负载所需的无功功率大部分或全部都是就地供给(由电容器供给),就是说能量的交换现在主要或完全发生在电感性负载与电容器之间,因而使发电机容量能得到充分地利用。
综上所述,提高用户的功率因数具有重大的经济意义,所以国家奖励企业用户提高功率因数。在按两部电价收费的基础上,还规定了根据企业用户的功率因数高低另加奖或惩的附加电费。提高负载的功率因数,既能减少线路的电能损失和电压降,又能使原设备得到充分利用,从而提高供电质量,增加企业转供电回收,对矿山企业的可持续发展有着重要的意义。
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