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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(gè)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(gè)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(bǔ)償?shù)膸追N實(shí)用方法和確定無功補(bǔ)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(bǔ)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(yùn)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(diǎn),，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(bǔ)償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補(bǔ)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(fèi),。其社會效益及經(jīng)濟(jì)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?yàn)榻涣饔秒娫O(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(shí)，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(shí)，則其有功功率=1.因此提高功率因數(shù)問題的實(shí)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(yùn)行或長其處于低負(fù)載運(yùn)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(diǎn),，是城市路燈照明中的主要光源。但氣體放電燈的最大缺點(diǎn)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(shí)，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(shí)，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(shí),，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(shí)用方法,，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡,，達(dá)到降損節(jié)能的效果。 2 低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒ǖ蛪簾o功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種： 隨機(jī)補(bǔ)償,、隨器補(bǔ)償,、跟蹤補(bǔ)償。下面簡單介紹這三種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn),。 2.1 隨機(jī)補(bǔ)償隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接,，通過控制,、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切,。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗,，以補(bǔ)償磁無功為主，此種方式可較好地限制無功峰荷,。 隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí),，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí),，補(bǔ)償設(shè)備也退出,，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少,、占位小、安裝容易,、配置方便靈活,，維護(hù)簡單、事故率低等,。 2.2 隨器補(bǔ)償隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè),，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配電變壓器在輕載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)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(fèi)單價(jià)的增加,，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價(jià)。 隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單,、維護(hù)管理方便,、能有效地補(bǔ)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(jì)性,，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。 2.3 跟蹤補(bǔ)償跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置,，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式,。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī),、隨器兩種補(bǔ)償方式,，補(bǔ)償效果好,。 跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小,，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長,、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜,、首期投資相對較大,。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式,。 3 路燈系統(tǒng)的無功補(bǔ)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(gè)主要器件,。在分析照明電路的功率因數(shù)cosφ時(shí)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(bǔ)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(bǔ)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(shí)際在工程上考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后，一般把補(bǔ)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?yàn)樵谡译妷翰ㄐ蔚墓╇娤?，補(bǔ)償電容器只能補(bǔ)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(shí)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(bǔ)償時(shí)，燈泡的實(shí)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(diǎn)穩(wěn)定性,，燈泡的工作電壓一般設(shè)計(jì)在電源電壓的50%左右。 3.3 照明系統(tǒng)的補(bǔ)償方法3.3.1 分散補(bǔ)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(bǔ)償一個(gè)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(bǔ)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(shí),，要求并聯(lián)補(bǔ)償電容器的電容值,，按公式（A-2）計(jì)算出C=3180P（tgφ-tgφ1）/U（平方）式中：C--需補(bǔ)償?shù)碾娙萜麟娙葜担蘁;P--被補(bǔ)償?shù)恼彰麟娐氛麩艄β?，W;U--電源電壓,。V;tgφ-補(bǔ)償前cosφ的φ角正切值；tgφ1-補(bǔ)償后cosφ1的φ1角正切值,；從（ A - 2 ） 的公式中可以計(jì)算出,， 4 0 0 W 高壓鈉燈需補(bǔ)償50μF電容器，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為cosφ=0.42;補(bǔ)償后其功率因數(shù)提高到cosφ=0.84. 3.3.2 集中補(bǔ)償集中補(bǔ)償電容器的容量,，一般可按配電變壓器總?cè)萘康?%--10%計(jì),。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(diǎn)是安裝簡單，運(yùn)行可靠,，利用率高。缺點(diǎn)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(shí),，合理選擇配電變壓器容量，改善配電變壓器的運(yùn)行方式,。對負(fù)載率比較低的配電變壓器,，一般采取“撤、換,、并,、停”等方法,，使其負(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(qiáng)無功的補(bǔ)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(jì)效益和社會效益應(yīng)該是明顯的,。 參考文獻(xiàn) [1] 靳龍章 丁毓山等編 《電網(wǎng)無功補(bǔ)償實(shí)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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