靳力爭，徐洪剛

（廣東興發(fā)鋁業(yè)（河南）有限公司，河南，沁陽，454591）

摘要：通過分析擠壓生產(chǎn)線用電設(shè)備的負(fù)荷特性，選擇合理的無功補(bǔ)償方式和適合的無功補(bǔ)償裝置、確定無功補(bǔ)償點(diǎn)，并指出選型方法和使用注意事項(xiàng)，進(jìn)行實(shí)際節(jié)能效果分析和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

關(guān)鍵詞：擠壓生產(chǎn)線；負(fù)荷特性；無功補(bǔ)償；節(jié)能；運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

引言：由于鋁型材具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、回收價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，使得工業(yè)鋁型材在建筑及橋梁結(jié)構(gòu)、航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造業(yè)、電子電氣和空調(diào)散熱器及其它方面的應(yīng)用也越來越廣泛。擠壓機(jī)作為鋁型材生產(chǎn)線的主要設(shè)備，其逐漸向大型化、自動(dòng)化、高效化方向發(fā)展。大型化的擠壓機(jī)必然帶來設(shè)備計(jì)算功率的相應(yīng)增加，而擠壓生產(chǎn)線中的主要負(fù)荷為大型電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)荷，其運(yùn)行時(shí)必然消耗一定的無功功率用來建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，尤其在空載及輕載時(shí)功率因數(shù)很低，為此必須根據(jù)擠壓生產(chǎn)線的負(fù)荷特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償，但是具體選用那種補(bǔ)償方式、補(bǔ)償裝置、補(bǔ)償容量如何確定是本文討論的重點(diǎn)。

一、擠壓生產(chǎn)線負(fù)荷特性分析

1、設(shè)備組成

鋁型材擠壓生產(chǎn)線一般由主機(jī)（擠壓機(jī)及其附屬設(shè)備）和輔助設(shè)備兩大部分組成。輔助設(shè)備主要由鋁棒加熱爐、模具加熱爐、棚架裝置、時(shí)效爐等設(shè)備組成。

2、設(shè)備的負(fù)載性質(zhì)

鋁型材擠壓生產(chǎn)線的用電設(shè)備主要為拖到油泵和風(fēng)機(jī)的三相異步電動(dòng)機(jī)和加熱用電阻絲，其中三相異步電機(jī)總功率占整體生產(chǎn)線設(shè)備總功率的75%以上，所以在整條擠壓生產(chǎn)線用電設(shè)備組負(fù)荷呈感性。

3、生產(chǎn)線的供電方式

企業(yè)的低壓配電方式分為放射式、樹干式、變壓器干線式、鏈?zhǔn)降扰潆姺绞?。放射式配電方式的?yōu)點(diǎn)是各線路上的故障均不影響其他線路，配電可靠性高；且各線路繼電保護(hù)整定方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由于擠壓機(jī)生產(chǎn)線一般由主機(jī)及輔助設(shè)備組成，且用電設(shè)備組容量較大，所以一般采用放射式配電方式，即整條擠壓生產(chǎn)線分為主機(jī)和輔助設(shè)備兩個(gè)設(shè)備組，兩個(gè)設(shè)備組分別由低壓配電室配電柜上相應(yīng)的配電開關(guān)經(jīng)兩組供電電纜供電。

4、主機(jī)的負(fù)荷特點(diǎn)分析

4.1、擠壓機(jī)的工作過程

鋁棒坯料由加熱爐加熱到所需的擠壓溫度后，經(jīng)過熱剪切裝置將鋁棒切至合適長度，再由機(jī)械手送至“擠壓”位置，然后由擠壓機(jī)邊缸帶動(dòng)工作缸活塞推動(dòng)擠壓桿進(jìn)行快速推進(jìn)，直至擠壓桿桿頭部進(jìn)入盛錠筒，此時(shí)預(yù)調(diào)好的主令開關(guān)發(fā)出信號(hào)，使工作缸由快速前進(jìn)轉(zhuǎn)為慢速“工進(jìn)”，對(duì)鋁棒進(jìn)行擠壓加工。鋁棒擠壓完畢，盛錠筒與主缸同時(shí)后退，液壓剪動(dòng)作將余料切除，完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。在擠壓前，盛錠筒及模具先進(jìn)行預(yù)熱，在擠壓過程中盛錠筒由電加熱裝置保溫，溫度由溫控儀或PLC根據(jù)所需的擠壓要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其保持恒定。一個(gè)擠壓周期通常為幾分鐘，例如4000MT擠壓機(jī)擠壓1200mm鋁棒時(shí)一個(gè)擠壓周期約為210S，其中主油缸缸桿快進(jìn)與工進(jìn)時(shí)間約180S。

4.2、擠壓機(jī)設(shè)備組負(fù)荷特點(diǎn)及原始功率因數(shù)

擠壓機(jī)的主油泵電機(jī)采用空載啟動(dòng)，擠壓機(jī)工作時(shí)所有油泵依次全部投入工作，啟動(dòng)時(shí)油泵電機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)。擠壓機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)周期內(nèi)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)間約為總時(shí)間的86%。在擠壓機(jī)快進(jìn)狀態(tài)時(shí)，油泵電機(jī)處于輕載運(yùn)行狀態(tài)。在工進(jìn)階段，油泵電機(jī)處于重載運(yùn)行狀態(tài)，而擠壓機(jī)工進(jìn)時(shí)的第一階段即由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)（鋁棒充滿盛錠筒時(shí)），擠壓機(jī)油泵電機(jī)負(fù)載最大。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，重載時(shí)間一般持續(xù)幾秒鐘左右，此后擠壓機(jī)及盛錠筒后退排氣，排氣后繼續(xù)工進(jìn)，在鋁型材剛流出模具時(shí)負(fù)荷最大，此時(shí)間決定于模具形狀及結(jié)構(gòu)對(duì)鋁棒的阻力大小，模具對(duì)鋁棒的阻力越大，油泵電機(jī)滿載的持續(xù)時(shí)間越長，電機(jī)的負(fù)荷率越高，但一般持續(xù)十秒鐘左右負(fù)荷開始下降。也就是說在一個(gè)擠壓循環(huán)周期內(nèi)，作為擠壓機(jī)的主要大負(fù)荷用電設(shè)備，油泵電機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)間會(huì)出現(xiàn)兩次，間隔在幾秒鐘左右，每次持續(xù)數(shù)十秒鐘，大部分時(shí)間處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，油泵電機(jī)的負(fù)荷率較低。

總之，擠壓機(jī)設(shè)備組正常運(yùn)行時(shí)具有沖擊負(fù)荷大、重載時(shí)間短、自然平均功率因數(shù)低的特點(diǎn)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)擠壓機(jī)用電設(shè)備組的功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)備組自然平均功率因數(shù)低于0.65，工進(jìn)時(shí)電機(jī)負(fù)荷最大，功率因數(shù)自然升高。

5、擠壓生產(chǎn)線輔助設(shè)備組的負(fù)荷特點(diǎn)

擠壓生產(chǎn)線的輔助設(shè)備主要由棒爐、模具爐、棚架、時(shí)效爐等組成，其負(fù)荷具有同期率低，負(fù)載率低、負(fù)荷變化較大但變化速度較慢，功率因數(shù)不高（經(jīng)實(shí)際監(jiān)測(cè)設(shè)備組平均功率因數(shù)在0.6-0.75之間）等特點(diǎn)。

二、功率因數(shù)的幾個(gè)概念：

1、瞬時(shí)功率因數(shù)：COSψ=P/√3UI 式中，P為某一時(shí)間有功功率表讀數(shù)（KW）；U為電壓表瞬間顯示值(V)；I為電流表測(cè)出的讀數(shù)（A）。

瞬時(shí)功率因數(shù)可用來了解和分析工廠或設(shè)備在生產(chǎn)過程中某一時(shí)間的功率因數(shù)值，借以了解當(dāng)時(shí)的無功功率變化情況，研究是否需要和如何進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)膯栴}。

2、平均功率因數(shù)：又稱加權(quán)平均功率因數(shù)，按下式計(jì)算

COSψ=Wp/√(Wp2+Wq2)=1/√(1+〖（Wq/Wp）〗^2 )

式中，Wp為某一段時(shí)間（通常取1個(gè)月）內(nèi)消耗的有功電能，由有功電能表讀取；Wq為某一段時(shí)間（通常取1個(gè)月）內(nèi)消耗的無功電能，由無功電能表讀??；

我國電力部門每月向用電企業(yè)收取電費(fèi)，就是按月平均功率因數(shù)高低調(diào)整電費(fèi)，凡功率因數(shù)每高于標(biāo)準(zhǔn)1%，獎(jiǎng)勵(lì)當(dāng)月電費(fèi)總額的0.15%以此累計(jì)，0.75%封頂。功率因數(shù)每低于標(biāo)準(zhǔn)1%罰當(dāng)月電費(fèi)總額的0.5%。功率因數(shù)在0.7以下
每低于標(biāo)準(zhǔn)1%罰當(dāng)月電費(fèi)總額的1%，并以此類推，以鼓勵(lì)用電企業(yè)提供功率因數(shù)，減少供電系統(tǒng)的無功損耗。

3、最大負(fù)荷功率因數(shù)：是指通過計(jì)算負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，按COSψ=P30/S30計(jì)算。

在我國《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到以下規(guī)定：100KVA及以上的高壓供電用戶功率因數(shù)為0.9以上，其它電力用戶功率因數(shù)應(yīng)在0.85以上”。并規(guī)定，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補(bǔ)償裝置，通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。這里所說的功率因數(shù)，是指最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)。GB50052-1995<<供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定：“當(dāng)采用提高自然功率因數(shù)措施后，仍達(dá)不到電網(wǎng)合理運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)電力電容器作為無功補(bǔ)償裝置。只有在經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確認(rèn)采用同步電動(dòng)機(jī)作為無功補(bǔ)償裝置合理時(shí)，才可采用同步電動(dòng)機(jī)。

無功就地補(bǔ)償容量可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：Q≤UΙ0式中：Q---無功補(bǔ)償容量（kvar）；U---電動(dòng)機(jī)的額定電壓（V）；Ι0---電動(dòng)機(jī)空載電流（A）；但是無功就地補(bǔ)償也有其缺點(diǎn)：⑴不能全面取代高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償；眾所周之，無功補(bǔ)償按其安裝位置和接線方法可分為：高壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。其中就地補(bǔ)償區(qū)域最大，效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬?duì)較小，利用率也高，且能補(bǔ)償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補(bǔ)償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實(shí)際確定使用場(chǎng)合，各司其職

三、無功補(bǔ)償裝置的設(shè)置及節(jié)能效果分析

無功補(bǔ)償裝置的設(shè)置有很多種方案，不能一概而論，必須結(jié)合本企業(yè)的具體負(fù)荷特性及本企業(yè)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行綜合分析、確定，使設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、投資成本降低。

無功補(bǔ)償?shù)姆绞降姆诸?/p>

根據(jù)無功補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中裝設(shè)位置的不同，無功補(bǔ)償方式分為集中補(bǔ)償方式（分高壓集中補(bǔ)償和低壓集中補(bǔ)償）、分組補(bǔ)償方式、就地補(bǔ)償方式、混合補(bǔ)償方式，如圖一所示。

1.1、高壓集中補(bǔ)償：指將高壓并聯(lián)電容器組裝在高壓母線處。從圖一可以看出，只能補(bǔ)償高壓母線前線路上的無功功率，所以這種補(bǔ)償范圍較小，補(bǔ)償效果較差。

1.2、低壓集中補(bǔ)償：是指將低壓并聯(lián)電容器組裝在車間變電所低壓母線處。這種補(bǔ)償方式可以補(bǔ)償?shù)蛪耗妇€前系統(tǒng)的無功功率，補(bǔ)償范圍比高壓集中補(bǔ)償方式補(bǔ)償范圍大，能夠使變壓器的視在功率減小，降低變壓器容量，因此降低了變壓器的損耗。供電部門通常對(duì)工廠的電費(fèi)實(shí)行兩部電費(fèi)制（一部是按每月的實(shí)際用電量收取電費(fèi)，稱為電度電費(fèi)，另一部分是按變壓器總?cè)萘渴杖‰娰M(fèi)，稱為基本電費(fèi)），主變的容量減少了，相應(yīng)的基本電費(fèi)就會(huì)減少，所以此種補(bǔ)償方式非常經(jīng)濟(jì)，在工廠中的應(yīng)用非常普遍。

1.3、分組補(bǔ)償方式：是指將并聯(lián)電容器組裝在各設(shè)備組的總配電柜處，此種補(bǔ)償方式較前兩種補(bǔ)償方式補(bǔ)償范圍更大，可以有效補(bǔ)償各設(shè)備組前系統(tǒng)的無功功率，除具有前兩種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)外，在設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷不變時(shí)使設(shè)備組的供電電纜計(jì)算電流減小，可以減少設(shè)備組供電電纜的截面積，起到降低電纜投資的作用。

1.4、就地補(bǔ)償方式：是指將并聯(lián)電容器組裝在需要補(bǔ)償?shù)母鱾€(gè)用電設(shè)備旁，補(bǔ)償設(shè)備隨用電設(shè)備進(jìn)行投切，這種補(bǔ)償方式可以補(bǔ)償用電設(shè)備前系統(tǒng)的無功功率，補(bǔ)償范圍最大。但是投資較大且無功補(bǔ)償設(shè)備利用率低。

1.5、混合補(bǔ)償方式：指根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況，同時(shí)采用前四種補(bǔ)償方式的兩種以上的補(bǔ)償方式，以達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。

2、鋁型材廠補(bǔ)償方式的確定

由于鋁型材企業(yè)的大功率負(fù)荷為擠壓機(jī)生產(chǎn)線，根據(jù)擠壓生產(chǎn)線的實(shí)際特點(diǎn)一般采用放射式供電方式，將大型擠壓生產(chǎn)線分為擠壓機(jī)用電設(shè)備組和輔助設(shè)備兩個(gè)設(shè)備組。小型擠壓生產(chǎn)線由于設(shè)備總功率較小一般一條擠壓生產(chǎn)線設(shè)置一臺(tái)總配電柜，再經(jīng)總配電柜各分支開關(guān)送至各個(gè)用電單元。由于擠壓生產(chǎn)線具有用電計(jì)算負(fù)荷大、平均功率因數(shù)低等特點(diǎn)，如果不對(duì)擠壓生產(chǎn)線用電設(shè)備組進(jìn)行無功補(bǔ)償那么用電設(shè)備組的總計(jì)算電流I30將因?yàn)楹艽蟮臒o功電流而變的很大，這勢(shì)必使用電設(shè)備組的供電電纜截面積額外加大和電費(fèi)的增加，造成投資成本和設(shè)備運(yùn)行成本的增加同時(shí)因?yàn)闊o功電流的存在使得供電線路上的線損增加，線損的增加又會(huì)引起電壓降增大，所以必須對(duì)擠壓生產(chǎn)線用電設(shè)備組進(jìn)行無功補(bǔ)償。由于大型用電設(shè)備為擠壓機(jī)油泵電機(jī)，單獨(dú)對(duì)每一臺(tái)油泵電機(jī)進(jìn)行就地補(bǔ)償補(bǔ)償效果最好，但考慮到擠壓機(jī)配電柜離油泵電機(jī)較近，采用就地補(bǔ)償時(shí)無功補(bǔ)償柜設(shè)置數(shù)量過多投資較大，且無功補(bǔ)償設(shè)備利用率低，所以采用分組補(bǔ)償比較合適。

對(duì)于一條大型擠壓生產(chǎn)線宜設(shè)兩臺(tái)無功補(bǔ)償柜，分別對(duì)擠壓機(jī)設(shè)備組和輔助設(shè)備組進(jìn)行補(bǔ)償或只在擠壓機(jī)用電設(shè)備組總電柜設(shè)一臺(tái)無功補(bǔ)償裝置，輔助設(shè)備的無功功率由配電室低壓母線上低壓集中補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于小型擠壓生產(chǎn)線宜在該條生產(chǎn)線的總配電柜處設(shè)無功補(bǔ)償裝置一臺(tái)，車間行車、照明、主變壓器及其它零散負(fù)荷的無功功率由各低壓母線上的低壓集中補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償，所以對(duì)于擠壓車間既有大型擠壓生產(chǎn)線又有小型擠壓生產(chǎn)線的鋁型材企業(yè)來說宜采用分組補(bǔ)償加低壓集中補(bǔ)償方式相結(jié)合的混合補(bǔ)償方式。

3.無功補(bǔ)償裝置類型

根據(jù)控制方式的不同，無功補(bǔ)償裝置分以下幾種類型。

3.1、FC無功補(bǔ)償裝置：即固定電容器無功補(bǔ)償裝置，主要用于無功功率恒定的場(chǎng)合。

3.2、MSC機(jī)械式投切無功補(bǔ)償裝置，主要適用于無功功率變化速度緩慢的負(fù)荷。

3.3、TSC晶閘管投切電容器無功補(bǔ)償裝置，采用晶閘管作為無觸點(diǎn)開關(guān)，通過晶閘管的導(dǎo)通控制電容器的投切，由控制器實(shí)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)分析、過零判斷，實(shí)現(xiàn)快速無沖擊的投入電容器組，不需要電容器放電即可再次投入，并且不會(huì)產(chǎn)生高次諧波，主要適用于負(fù)荷無功波動(dòng)較大的場(chǎng)合，屬于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。

3.4、TCR晶閘管控制電抗器無功補(bǔ)償裝置，主要用于高壓側(cè)無功補(bǔ)償，適用于負(fù)荷無功波動(dòng)大較大的場(chǎng)合，也屬于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。

3.5、同步調(diào)相機(jī)：相應(yīng)慢、噪音大、損耗大、技術(shù)陳舊。

4、擠壓生產(chǎn)線無功補(bǔ)償裝置種類的選型

無功補(bǔ)償裝置類型的選取應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的實(shí)際變化特點(diǎn)進(jìn)行選型，選型時(shí)安全性、可靠性應(yīng)放在第一位，然后考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和投資的成本，也就是說應(yīng)結(jié)合實(shí)際綜合考慮，選擇適合的無功補(bǔ)償裝置。

由本文第一條關(guān)于擠壓生產(chǎn)線負(fù)荷特性的分析可知，擠壓生產(chǎn)線設(shè)備組平均功率因數(shù)較低，但功率因數(shù)變化較快。從理論上來說應(yīng)采用TSC晶閘管投切電容器無功補(bǔ)償裝置為最佳方案，因?yàn)門SC晶閘管投切電容器裝置能適應(yīng)各種快速變化的負(fù)載的無功補(bǔ)償，避免出現(xiàn)過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。但是考慮到擠壓機(jī)運(yùn)行時(shí)無功功率較為恒定且采用TSC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投資較大，考慮到經(jīng)濟(jì)性及擠壓機(jī)負(fù)荷的實(shí)際特性（功率因數(shù)穩(wěn)定時(shí)間大于波動(dòng)時(shí)間），只要將目標(biāo)功率因數(shù)值、電容器的投、切時(shí)間等參數(shù)整定至合適值并對(duì)電容器、電抗器等設(shè)備進(jìn)行合理選型，采用MSC投切裝置是完全可以滿足擠壓生產(chǎn)線補(bǔ)償要求的。筆者設(shè)計(jì)的MSC無功補(bǔ)償柜通過在廣東興發(fā)鋁業(yè)（河南）有限公司7條擠壓生產(chǎn)線上使用，功率因數(shù)由補(bǔ)償前的平均值0.7提高到0.95左右，且設(shè)備運(yùn)行良好，完全能夠滿足補(bǔ)償要求。

5.無功補(bǔ)償裝置主要元件選型

我公司設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償柜主要由自愈式并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、接觸器、熱繼電器、數(shù)字式無功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器、過電壓保護(hù)器、放電指示燈、電流互感器等元件構(gòu)成，下面進(jìn)行分別選型。

5.1、電容器的選型

（1）電容器類型的選擇：

電容器是無功補(bǔ)償裝置中的主要設(shè)備，電容器的質(zhì)量決定了無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。目前市場(chǎng)上的補(bǔ)償用電容器從液體介質(zhì)上分主要有十二烷基苯、蓖麻油、石蠟、干式等電容器，按照固體介質(zhì)的不同上分為MJ金屬化膜和F（紙、薄膜復(fù)合）電容器。對(duì)于采用十二烷基苯或其他液體作為介電質(zhì)的并聯(lián)電容器，但是因?yàn)槠浯嬖陔娙萜鲾嗦范搪窌r(shí)易產(chǎn)生爆炸造成液體泄漏等原因，使得使用安全性、可靠性較差。而干式電容器由于其介電質(zhì)為空氣，不會(huì)造成液體泄漏 ，所以應(yīng)優(yōu)先采用。

我公司無功補(bǔ)償柜電容器采用西安西容BKMJ-0.4系列干式自愈式低壓電容器。該電容器內(nèi)部每個(gè)元件單獨(dú)設(shè)置有過流、過壓、過溫保護(hù)，保護(hù)較為完善。經(jīng)過近2年的使用，電容器運(yùn)行良好。

（2）電容器額定電壓的選擇

電容器額定電壓必須大于等于實(shí)際電壓，因?yàn)?img border="0" src="/file/upload/other/teach/20151105/20140212105718887.jpg" alt="" />所以Q與電壓的平方成正比，如果所選電容器額定電壓與實(shí)際工作電壓不同，則會(huì)出現(xiàn)實(shí)際功率與額定功率不同。電容器額定電壓高于實(shí)際電壓時(shí)，電容器實(shí)際輸出功率會(huì)小于額定容量，所以選擇電容器額定電壓時(shí)應(yīng)考慮實(shí)際電壓與額定電壓差值對(duì)實(shí)際輸出功率的影響，選擇合適額定電壓合適額定容量的電容器，這一點(diǎn)在電容器選型時(shí)應(yīng)特別注意。

5.2、無功補(bǔ)償容量的確定

（1）無功補(bǔ)償容量的計(jì)算公式

由圖二可以推出Qc=P30(tanψ1- tanψ)

式中：Qc為需補(bǔ)償?shù)臒o功容量；

P30為待補(bǔ)償?shù)挠秒娫O(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷；

tanψ1為補(bǔ)償前相位角的正切值；

tanψ為補(bǔ)償后相位角的正切值

由上面的公式可以看出，要計(jì)算補(bǔ)償容量必須知道設(shè)備組計(jì)算有功計(jì)算負(fù)荷、補(bǔ)償前的功率因數(shù)、補(bǔ)償后的功率因數(shù)。

（2）設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷、補(bǔ)償前平均功率因數(shù)的確定

計(jì)算負(fù)荷Kd是供配電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定的合理性直接影響到供電設(shè)備選型的合理性。計(jì)算負(fù)荷選的過大，將使電器和供電電纜選的過大，造成直接投資增加和有色金屬浪費(fèi)。如果確定的過小，會(huì)使配電設(shè)備處于過負(fù)荷運(yùn)行，增加電能損耗，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至產(chǎn)生火災(zāi)。所以計(jì)算負(fù)荷應(yīng)力求接近實(shí)際。

目前國際上通常采用設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算方法，有需用系數(shù)法和二項(xiàng)式法、利用系數(shù)法。但是不管用那種計(jì)算方法，對(duì)于擠壓機(jī)及其生產(chǎn)線目前尚未有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)可以參考。

筆者在廣東興發(fā)（河南）有限公司擠壓生產(chǎn)線用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷及自然功率因數(shù)確定中，采用參考同行業(yè)同類型設(shè)備日有功負(fù)荷曲線逐條確定用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷，并通過反向推導(dǎo)得出各擠壓生產(chǎn)線的需用系數(shù)。經(jīng)過計(jì)算統(tǒng)計(jì)，擠壓機(jī)主油泵電機(jī)在3臺(tái)以上的Kd約為0.45-0.52，主油泵為1臺(tái)的擠壓機(jī)Kd 接近1。最大負(fù)荷功率因數(shù)COSψ約為0.6-0.7。

通過廣東興發(fā)鋁業(yè)（河南）有限公司7條擠壓生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行證明上述系數(shù)基本合理。

（3）目標(biāo)功率因數(shù)值的確定

目標(biāo)功率因數(shù)是確定補(bǔ)償容量的一個(gè)重要參數(shù)，目標(biāo)功率因數(shù)選的過高會(huì)造成投資的增加和向系統(tǒng)倒送無功現(xiàn)象，目標(biāo)功率因數(shù)選的過低會(huì)造成補(bǔ)償容量的不足，不能滿足補(bǔ)償要求，所以合理選擇目標(biāo)功率因數(shù)值很重要。由于供電部門考核功率因數(shù)值為不低于0.9，考慮到用電設(shè)備組的線路損耗，目標(biāo)功率因數(shù)確定在0.9-0.95之間可以滿足無功補(bǔ)償要求。

5.3、串聯(lián)電抗器的選型

（1）主要作用：限制電容器組投入時(shí)的涌流倍數(shù)和高頻諧波，抑制電容器組連接回路中產(chǎn)生高次諧波的諧振；減少電網(wǎng)中諧波源對(duì)電容器過負(fù)荷的影響，減少電容器組斷路器兩相重燃時(shí)的涌流以利于滅??；

（2）額定電壓的選擇：電抗器的額定電壓應(yīng)大于等于線路額定電壓；

（3）電抗率的選擇：依據(jù)電路中高次諧波中各次諧波的含量進(jìn)行電抗率的選擇。如果是為了限制合閘沖擊電流，選擇電抗率小于0.1%-1%的電抗器；抑制三次諧波及以上的諧波選電抗率為12%-13%的電抗器；抑制五次以上諧波，選擇4.5%-6%電抗器；根據(jù)對(duì)擠壓生產(chǎn)線諧波的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)三次諧波含量較大，所以選擇電抗器為12%的電抗器；

（4）額定容量的選擇：電抗器的額定容量=電抗率*電容器容量。

我們選擇CKSG□/0.45 12型電抗器，其中第一個(gè)□為電抗器的額定容量。

5.4、無功補(bǔ)償控制器的選型

為了滿足無功補(bǔ)償?shù)男枰?，避免出現(xiàn)過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償，我們選擇JKF-□B系列智能無功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器。該控制器采用全數(shù)字化控制和設(shè)置，主要功能特點(diǎn)如下：

采用無功功率和功率因數(shù)復(fù)合檢測(cè)控制方式，使全負(fù)荷范圍控制精確、可靠；

投、切設(shè)定值為功率因數(shù)，可分別設(shè)置；確保補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)值和系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)間。

投、切延時(shí)可分別設(shè)置，減少無功倒送。

可設(shè)置單組電容器的容量，只有當(dāng)系統(tǒng)的無功功率大于電容器容量設(shè)置值，且功率因數(shù)低于投入設(shè)定值時(shí)，才投入電容器，確保不過補(bǔ)償，不投切震蕩。

具有過電壓和欠電壓保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)能在1分鐘內(nèi)快速切除全部電容器。

輸出端采用先接通的先分?jǐn)嘌h(huán)工作方式或采用編碼+循環(huán)投切相結(jié)合的控制方式。

有諧波分析功能，可檢測(cè)和顯示電網(wǎng)的電壓、電流總諧波畸變率和3-13奇次諧波含有率，并具有諧波超量閉鎖功能。

根據(jù)前面所述擠壓生產(chǎn)線的負(fù)荷特性，即擠壓機(jī)在工進(jìn)時(shí)功率因數(shù)短時(shí)自然升高的特點(diǎn)，設(shè)置補(bǔ)償目標(biāo)功率因數(shù)值時(shí)不宜設(shè)定過高，以免產(chǎn)生無功功率倒送和電容器投切頻繁。我們選擇目標(biāo)功率因數(shù)設(shè)定值為0.9，經(jīng)過運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn)，擠壓機(jī)正常工作時(shí)電容組投入數(shù)量比較恒定，不會(huì)出現(xiàn)電容器組頻繁投切，平均功率因數(shù)達(dá)到0.95左右。對(duì)于擠壓生產(chǎn)線輔助設(shè)備，由于其負(fù)荷變化較慢，所以目標(biāo)功率因數(shù)可以設(shè)定為0.95。

5.5、電容器組計(jì)算電流的確定

由于電容器投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的涌流，因此其計(jì)算電流I30應(yīng)取為電容器組額定電流IN.C的1.35倍。

5.6、主開關(guān)、接觸器、電流互感器、熔斷器、電流繼電器的選型

（1）主開關(guān)選型：選擇帶熔斷器的刀熔開關(guān)，其額定電流按電容器組總額定電流的1.43-1.65倍來選擇,型號(hào)如HR13-630/32等。

（2）接觸器的選型：由于電容器合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生合閘涌流和操作過電壓，所以應(yīng)選擇投切電容器專用接觸器，如CDC9系列。接觸器的額定電流應(yīng)大于等于所帶電容器組額定電流的1.35倍。

（3）分支熔斷器選型：采用熔斷器保護(hù)分支并聯(lián)電容器時(shí)，按GB50227-1995《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》和IEC規(guī)定，其熔體額定電流IN.FE=(1.43-1.65)IN.C。

（4）電流互感器選型：電流互感器的一次額定電流宜選為電容器組額定電流的1.5-2倍。

（5）電流繼電器的整定：采用電流繼電器作為相間短路保護(hù)時(shí)，電流繼電器的動(dòng)作電流按下式計(jì)算：

式中，Krel為保護(hù)裝置的可靠系數(shù)，取2-2.5；Kw為保護(hù)裝置的接線系數(shù)；Ki為電流互感器的電流比，取電容器組額定電流的1.5-2倍；n.c為電容器組的額定電流；

擠壓生產(chǎn)線裝設(shè)無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果分析

（1）降低擠壓車間變配電設(shè)備的初期投資。

擠壓生產(chǎn)線裝設(shè)了無功補(bǔ)償裝置以后，總的無功計(jì)算負(fù)荷Q30’=Q30-QC，補(bǔ)償后總的視在計(jì)算負(fù)荷S’302=P302+(Q30-QC)2,，由于總無功功率的減小使得總視在計(jì)算負(fù)荷減小，從而主變的容量可以選的小一些，降低了擠壓生產(chǎn)線配電變壓器的投資；另外，各條擠壓生產(chǎn)線采用分組補(bǔ)償后，各擠壓生產(chǎn)線總視在計(jì)算負(fù)荷也相應(yīng)減小，其計(jì)算電流也相應(yīng)減小，使得配電開關(guān)和配電電纜可以選的小一些。所以可以有效降低擠壓車間變配電設(shè)備的投資。

（2）減少電費(fèi)支出。

擠壓生產(chǎn)線采用無功補(bǔ)償后，功率因數(shù)提高到0.9以上，總計(jì)算電流也大大降低，電能電費(fèi)也隨著降低。且由于主變壓器容量的降低，使得基本電費(fèi)也得到降低。月平均功率因數(shù)滿足了供電部門規(guī)定值后，又可以得到供電部門的獎(jiǎng)勵(lì)?？偟碾娰M(fèi)支出大大降低。我公司無功補(bǔ)償投入運(yùn)行后，月平均功率因數(shù)在0.95左右，每月獲得電力部門總電費(fèi)的0.75%獎(jiǎng)勵(lì)，每月平均在6000元左右，年獲得獎(jiǎng)勵(lì)電費(fèi)7.2萬元左右。

（3）降低線損，提高用電設(shè)備組末端電壓。

用電設(shè)備組計(jì)算電流的減小，使配電線路的線損減少，這也使得用電設(shè)備組末端電壓質(zhì)量得到很大改善。

（4）提高了設(shè)備的利用率。

對(duì)于后增加的無功補(bǔ)償裝置，根據(jù)P30=S30×COSψ，由于功率因數(shù)的提高，在原設(shè)備容量不變的前提下，所接帶的最大有功計(jì)算負(fù)荷隨之增加，也就是說同一臺(tái)變壓器或同一條電纜可以多帶有功負(fù)荷，設(shè)備的利用率大大提升。

四、結(jié)束語

通過分析鋁型材擠壓生產(chǎn)線用電設(shè)備的負(fù)荷特性，選擇合理的無功補(bǔ)償方式和適合的無功補(bǔ)償裝置、確定無功補(bǔ)償點(diǎn)，并指出選型方法和使用注意事項(xiàng)，進(jìn)行實(shí)際節(jié)能效果分析和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析。低壓無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用，使得擠壓生產(chǎn)線的功率因數(shù)得到了明顯提高，降低了主變?nèi)萘亢推渌潆娫O(shè)備的初期投資及每月電費(fèi)支出，節(jié)能效果非常顯著。但是無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)所補(bǔ)償設(shè)備的具體負(fù)荷特性進(jìn)行合理的分析、選型，避免出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)不合理而造成補(bǔ)償效果差、設(shè)備故障率高、補(bǔ)償容量過大或過小、可靠性差等問題，使之達(dá)到最佳補(bǔ)償效果。