大型煤化工企业无功补偿装置设计

大型煤化工企业无功补偿装置设计

孟宪东王营梁王旭辉

中国联合工程公司310052

摘要：煤化工企业的无功补偿容量计算，需充分考虑发电机的无功出力，同时需合理分配全厂的无功补偿容量，以实现全厂电压水平的最优控制。煤化工企业内的热电装置无功补偿设置，需根据其厂用分支的接线情况确定。

关键词：无功补偿；电压水平

近年来，煤化工行业迅速兴起，因其工艺装置多，用电负荷大，且通常配有抽汽发电机和余热利用发电机，全厂电气系统较为复杂。其无功补偿装置的设计，与全厂有功功率平衡、无功功率平衡、电压水平控制关系密切，需认真研究。

对于企业无功功率及功率因数的要求，《供电营业规则》第四十一条规定：无功电力应就地平衡。用户应在提高用电自然功数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户中大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。

煤化工装置的无功补偿装置设计，需首先进行全厂的无功功率平衡，计算无功缺失，确定全厂的无功功率补偿容量，最后合理分配无功补偿装置。

1.确定无功补偿总容量

计算全厂有功功率P，通常采用利用系数法或需要系数法。计算时，需结合工艺的蒸汽平衡、并适当计及发电机的检修及故障，综合考虑后确定发电机的出力。全厂蒸汽平衡有冬季工况和夏季工况，冬季发电量较小，有功功率平衡可按冬季工况考虑，发电机可按一台检修另一台故障，或者一台故障考虑。

计算发全厂无功功率Q，无功功率计算需与有功功率计算同步进行。计算时，注意要计算变压器的无功损耗、同步电动机的无功出力、发电机无功出力。发电机无功出力按额定功率因数计算。若全厂无功功率有富余，则全厂无需再安装无补偿装置。

发电机作为巨大的无功功率源，需要充分利用，以减少全厂无功补偿容量，其经济效益显著。

补偿前的功率因数为。补偿后的功率因数为，通常取0.9，当地电力部门有特殊要求时，需满足电力部门的要求。需要安装的无功补偿容量为：

2.合理分配无功补偿装置。

无功补偿装置的设置，直接关系到全厂无功功率的流向，因而与各级母线电压水平密切相关。电压降落的公式为：

式中为电压降，P为传输的有功功率，Q为传输的无功功率，R为线路及变压器的电阻，X为线路及变压器的电抗，U1为始端电压。

煤化工装置内的导体，主要为电缆及母线，R很小可以忽略，线路的电抗相对于变压器的电抗值，也可以忽略，因此，电压降落主要为变压器的电抗导致，上式可简化为：

当母线负荷较轻时，无功功率输送很少，电压降落很少，母线电压维持较高的水平；当负荷较重，且没有安装无功补偿装置时，随着有功功率的增加，无功功率也迅速增加，母线电压下降较大；安装无功补偿装置后，无功输送较少，变压器电压降较小，母线电压变化较小，对于厂内电压水平的控制为非常有利。

无功补偿装置的安装的优先级为：380V母线、10kV母线、35kV母线，以减少无功功率输送。首先考虑将全厂380V母线功率因数补偿到0.9。然后看剩余无功补偿容量是否足够将全厂10kV母线补偿到0.9时，不足时，按照各段10kV母线补偿后的功率因数相等原则，配置10kV母线无功补偿装置；足够时，将最后剩余的无功补偿容量按照各段35kV母线补偿后的功率因数相等原则，配置35kV母线无功补偿装置。

此外，由于煤化工企业内的热电装置通常配有发电机，热电装置内是否需要配无功补偿装置，需要根据热电装置的电气主接线确定。

下图为某煤化工企业的其中一个区域变电站电气主接线。2路110kV线路来自全厂总变电所，35kV为单母线分段接线，每段母线接有1台发电机及若干35kV变压器。10kVI母、II母，380VI母、II母分别为热电装置的厂用母线。

当发电机为发变组接线方式，无厂用分支时，热电装置与其他化工装置一样，需安装无功补偿装置。如图所示，10kVI母、380VI母，均需安装无功补偿装置。

当发电机出为发变组接线方式，发电机出口有厂用分支时，由于发电机可以发出大量无功，且远大于厂用分支的无功需量，厂用分支无需安装无功补偿装置。如10kV厂用I母、380V厂用I母，均无需安装无功补偿装置。

参考文献：

[1]供电营业规则

[2]工业与民用配电设计手册

作者简介：

孟宪东，1983年，工程师，硕士，主要从事发电厂电气设计。