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摘 要：對供電系統(tǒng)來說，用戶功率因數(shù)的高低，直接關(guān)系到電力網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動，而且關(guān)系到節(jié)約電能和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量。提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，是電力行業(yè)中一個重要的課題。文中簡要探討了城市電網(wǎng)中路燈系統(tǒng)低壓無功補償?shù)膸追N實用方法和確定無功補償容量，從而提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)。 關(guān)鍵詞：路燈系統(tǒng) 功率因數(shù) 補償 前言 功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運行中，我們所希望的是功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的消耗。用戶功率因數(shù)的高低，對于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。 適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分地發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。對于城市路燈系統(tǒng)，它在供電網(wǎng)中可稱為用戶，并且它是低壓供電用戶。若能有效的搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫?，改善提高路燈系統(tǒng)的功率因數(shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少路燈電費。其社會效益及經(jīng)濟效益都會是非常顯著的。 1 影響功率因數(shù)的主要因素首先我們來了解功率因數(shù)產(chǎn)生的主要原因。功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因為交流用電設(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時，如減少無功功率Q,則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q=0時，則其有功功率=1.因此提高功率因數(shù)問題的實質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。 1.1 變壓器和氣體放電燈是耗用無功功率的主要設(shè)備變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運行或長其處于低負(fù)載運行狀態(tài)。常用在城市路燈中的氣體放電燈主要有高壓汞燈和高壓鈉燈兩種，由于它們有很高的發(fā)光效能和較長的使用壽命等優(yōu)點，是城市路燈照明中的主要光源。但氣體放電燈的最大缺點就是它的功率因數(shù)較低，因此造成了低壓電網(wǎng)的無功功率的增加。 1.2 供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快。當(dāng)供電電壓為額定值的110%時，一般用戶的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響氣體放電燈的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。 綜上所述，我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達到降損節(jié)能的效果。 2 低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)囊话惴椒ǖ蛪簾o功補償我們通常采用的方法主要有三種： 隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。 2.1 隨機補償隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補償磁無功為主，此種方式可較好地限制無功峰荷。 隨機補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等。 2.2 隨器補償隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配電變壓器在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配電變壓器空載無功是城市照明系統(tǒng)無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配電變壓器而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費單價的增加，不利于電費的同網(wǎng)同價。 隨器補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配電變壓器空載無功，限制無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。 2.3 跟蹤補償跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。 跟蹤補償?shù)膬?yōu)點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補償方式的經(jīng)濟性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補償方式。 3 路燈系統(tǒng)的無功補償3.1 照明電路的功率因數(shù)氣體放電燈照明電路有燈泡和鎮(zhèn)流器兩個主要器件。在分析照明電路的功率因數(shù)cosφ時可知，它是由燈泡功率因數(shù)和鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)加權(quán)平均值產(chǎn)生。在城市照明系統(tǒng)中，常用的高壓鈉燈的功率因數(shù)為0.8-0.9之間，高壓汞燈的功率因數(shù)為0.9左右。 而鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)偏底，一般高壓汞燈用鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)為0.07-0.08之間，高壓鈉燈用鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)為0.055-0.065之間。因此氣體放電燈照明電路的功率因數(shù)在不加單燈補償?shù)那闆r下，高壓鈉燈照明電路的功率因數(shù)為0.38-0.45之間，高壓汞燈照明電路的功率因數(shù)為0.45-0.6之間。 3.2 補償度的選擇一般希望城市路燈系統(tǒng)的功率因數(shù)盡量接近于1.0最好。而實際在工程上考慮經(jīng)濟技術(shù)比較后，一般把補償選擇在cosφ=0.85-0.95之間。增大電容器的容量可得到更高的功率因數(shù)，但供電電流波形畦變對獲得功率因數(shù)cosφ有很大的影響。因為在正弦電壓波形的供電下，補償電容器只能補償燈電路電流波形的基本成分，而電容器卻不能降低畦變電流波形中的諧波成分。因此在氣體放電燈電路中不可能得到大于0.85功率因數(shù)。 根據(jù)電光源原理，氣體放電燈的總功率因數(shù)與燈泡管壓成正比，公式如下cosφ=U1/U （A-1）式中：U1--燈泡的實際工作電壓；U--電源電壓從公式（A-1）可見，同一規(guī)格的氣體放電燈在采用同容量的單相電容器補償時，燈泡的實際工作電壓越高則功率因數(shù)cosφ越高。為保證氣體放電燈的燃點穩(wěn)定性，燈泡的工作電壓一般設(shè)計在電源電壓的50%左右。 3.3 照明系統(tǒng)的補償方法3.3.1 分散補償城市路燈負(fù)荷的分布比較均勻，宜在每盞燈上并聯(lián)補償一個電容量相應(yīng)的電容器。這既能減少照明電路的無功功率，也能降低低壓電網(wǎng)的電能損耗和電壓損耗。 分散補償電容器電容值的選擇：根據(jù)電感性負(fù)荷的功率因數(shù)由cosφ提高到cosφ1時，要求并聯(lián)補償電容器的電容值，按公式（A-2）計算出C=3180P（tgφ-tgφ1）/U（平方）式中：C--需補償?shù)碾娙萜麟娙葜?，μF;P--被補償?shù)恼彰麟娐氛麩艄β?，W;U--電源電壓。V;tgφ-補償前cosφ的φ角正切值；tgφ1-補償后cosφ1的φ1角正切值；從（ A - 2 ） 的公式中可以計算出， 4 0 0 W 高壓鈉燈需補償50μF電容器，補償前的功率因數(shù)為cosφ=0.42;補償后其功率因數(shù)提高到cosφ=0.84. 3.3.2 集中補償集中補償電容器的容量，一般可按配電變壓器總?cè)萘康?%--10%計。電容器應(yīng)安裝在低壓側(cè)母線上。 應(yīng)按功率因數(shù)cosφ值分成幾組，自動投切。優(yōu)點是安裝簡單，運行可靠，利用率高。缺點是不能減小低壓電網(wǎng)上的電壓損耗和電能損耗。因此在選用路燈變壓器時，合理選擇配電變壓器容量，改善配電變壓器的運行方式。對負(fù)載率比較低的配電變壓器，一般采取“撤、換、并、?！钡确椒ǎ蛊湄?fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。 4 結(jié)束語節(jié)約能源是世界性的大課題，我國的城市照明主管單位已開始向節(jié)能方向引導(dǎo)。對城市低壓電網(wǎng)中最大的用戶--路燈照明系統(tǒng)加強無功的補償不乏是一種很好的節(jié)能方法。提高城市路燈系統(tǒng)的功率因數(shù)，對低壓電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益應(yīng)該是明顯的。 參考文獻 [1] 靳龍章 丁毓山等編 《電網(wǎng)無功補償實用技術(shù)》 中國水利水電出版社 [2] 胡培生、高紀(jì)昌等編 《道路照明與供電》原子能出版社 |
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