|
摘 要：对供电系统来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约电能和整个供电区域的供电质量。提高电力系统的功率因数，是电力行业中一个重要的课题。文中简要探讨了城市电网中路灯系统低压无功补偿的几种实用方法和确定无功补偿容量，从而提高电力系统功率因数。 关键词：路灯系统 功率因数 补偿 前言 功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。 适当提高用户的功率因数，不但可以充分地发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。对于城市路灯系统，它在供电网中可称为用户，并且它是低压供电用户。若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高路灯系统的功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少路灯电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。 1 影响功率因数的主要因素首先我们来了解功率因数产生的主要原因。功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q,则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其有功功率=1.因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。 1.1 变压器和气体放电灯是耗用无功功率的主要设备变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。常用在城市路灯中的气体放电灯主要有高压汞灯和高压钠灯两种，由于它们有很高的发光效能和较长的使用寿命等优点，是城市路灯照明中的主要光源。但气体放电灯的最大缺点就是它的功率因数较低，因此造成了低压电网的无功功率的增加。 1.2 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快。当供电电压为额定值的110%时，一般用户的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响气体放电灯的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。 综上所述，我们知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。 2 低压配电网无功补偿的一般方法低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种： 随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。 2.1 随机补偿随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿磁无功为主，此种方式可较好地限制无功峰荷。 随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。 2.2 随器补偿随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配电变压器空载无功是城市照明系统无功负荷的主要部分，对于轻负载的配电变压器而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。 随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配电变压器空载无功，限制无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。 2.3 跟踪补偿跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。 跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。 3 路灯系统的无功补偿3.1 照明电路的功率因数气体放电灯照明电路有灯泡和镇流器两个主要器件。在分析照明电路的功率因数cosφ时可知，它是由灯泡功率因数和镇流器的功率因数加权平均值产生。在城市照明系统中，常用的高压钠灯的功率因数为0.8-0.9之间，高压汞灯的功率因数为0.9左右。 而镇流器的功率因数偏底，一般高压汞灯用镇流器的功率因数为0.07-0.08之间，高压钠灯用镇流器的功率因数为0.055-0.065之间。因此气体放电灯照明电路的功率因数在不加单灯补偿的情况下，高压钠灯照明电路的功率因数为0.38-0.45之间，高压汞灯照明电路的功率因数为0.45-0.6之间。 3.2 补偿度的选择一般希望城市路灯系统的功率因数尽量接近于1.0最好。而实际在工程上考虑经济技术比较后，一般把补偿选择在cosφ=0.85-0.95之间。增大电容器的容量可得到更高的功率因数，但供电电流波形畦变对获得功率因数cosφ有很大的影响。因为在正弦电压波形的供电下，补偿电容器只能补偿灯电路电流波形的基本成分，而电容器却不能降低畦变电流波形中的谐波成分。因此在气体放电灯电路中不可能得到大于0.85功率因数。 根据电光源原理，气体放电灯的总功率因数与灯泡管压成正比，公式如下cosφ=U1/U （A-1）式中：U1--灯泡的实际工作电压；U--电源电压从公式（A-1）可见，同一规格的气体放电灯在采用同容量的单相电容器补偿时，灯泡的实际工作电压越高则功率因数cosφ越高。为保证气体放电灯的燃点稳定性，灯泡的工作电压一般设计在电源电压的50%左右。 3.3 照明系统的补偿方法3.3.1 分散补偿城市路灯负荷的分布比较均匀，宜在每盏灯上并联补偿一个电容量相应的电容器。这既能减少照明电路的无功功率，也能降低低压电网的电能损耗和电压损耗。 分散补偿电容器电容值的选择：根据电感性负荷的功率因数由cosφ提高到cosφ1时，要求并联补偿电容器的电容值，按公式（A-2）计算出C=3180P（tgφ-tgφ1）/U（平方）式中：C--需补偿的电容器电容值，μF;P--被补偿的照明电路整灯功率，W;U--电源电压。V;tgφ-补偿前cosφ的φ角正切值；tgφ1-补偿后cosφ1的φ1角正切值；从（ A - 2 ） 的公式中可以计算出， 4 0 0 W 高压钠灯需补偿50μF电容器，补偿前的功率因数为cosφ=0.42;补偿后其功率因数提高到cosφ=0.84. 3.3.2 集中补偿集中补偿电容器的容量，一般可按配电变压器总容量的7%--10%计。电容器应安装在低压侧母线上。 应按功率因数cosφ值分成几组，自动投切。优点是安装简单，运行可靠，利用率高。缺点是不能减小低压电网上的电压损耗和电能损耗。因此在选用路灯变压器时，合理选择配电变压器容量，改善配电变压器的运行方式。对负载率比较低的配电变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。 4 结束语节约能源是世界性的大课题，我国的城市照明主管单位已开始向节能方向引导。对城市低压电网中最大的用户--路灯照明系统加强无功的补偿不乏是一种很好的节能方法。提高城市路灯系统的功率因数，对低压电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益应该是明显的。 参考文献 [1] 靳龙章 丁毓山等编 《电网无功补偿实用技术》 中国水利水电出版社 [2] 胡培生、高纪昌等编 《道路照明与供电》原子能出版社 |
|
|
