无功功率中无功的理解

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  在电网中,由电源供给负载的电功率有两种:一种是有功功率,另一种是无功功率(reactive power) 。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如:5.5kW的电动机就是把5.5kW的电力转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒;

  各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40W的日光灯,除需40W有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80var左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它对外不做功,才被称之为“无功”。

  无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。

  在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。

  (4)系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。

  在交流电路中,如果流过电气设备的电流与其两端的电压相位不一致,就表明该设备存在无功功率,并规定:电流滞后于电压时该设备消耗无功(电感性),电流超前于电压时该设备产生无功(电容性),如下图。

  在电路中,若电压(或电流)波形不是标准的正弦波,就称电压(或电流)中含有谐波,如下图。

  1. 无功功率对发配电设备的影响主要有以下几个方面: a.增加设备容量及线路损耗。

  由于无功功率的存在,传送同样的有功将需要更大的视在功率和电流,从而使发电机、变压器及其它电气设备容量增加(对自备发电机组,则使投用的发电机组台数增加),同时线路损耗也增加。

  谐波可能在钻机小电网中产生并联谐振,引起过电压而损坏电网中的其它用电设备。例如录井仪、计算机、电视机、UPS电源等经常烧坏。谐波对邻近的弱电系统,如电控系统的控制器类电子设备产生干扰,导致误动、死机或停机。影响仪表类电子设备的检测精度。使电网电压波形畸变,供电质量下降,导致接在钻机小电网 中的变压器、交流电机等损耗加大,加速绝缘老化,还会使这些设备的振动和噪声增加 。谐波电流引起无功功率增加,使功率因数更低。 三、电动钻机无功补偿及谐波抑制的意义

  1、当无功电流在发电机--整流柜--电动机等之间流动的过程中,杂散损耗,热耗/辐射等的消耗是必然的。增加无功补偿装置后,可以降低这种损耗。

  2、功率因数低时,输出同样的有功功率,必须有更多的视在功率,而更多的视在功率就必须投入更多的发电机组。如CAT3512B的空载耗油达70升/小时。增加无功补偿装置后,可以减少运行机组的台数,也即降低了空载油耗。 根据现场调查,有功功率足够而由于无功功率不够,需要多开一台车的时间在钻井周期中约占70﹪。对于有功功率或机械能转换来说,这台车就相当于空载。一台直流电动钻机在一年内工作时间按10个月考虑,每台柴油机正常工作时每月耗油约45吨,空载运行时耗油大约是其50﹪,可计算出一年内多耗油约150吨。

  3、虽然柴油机在正常运行时效率是固定的,如CAT3512B 213克/千瓦。时,但不在额定的功率运行时,其效率将会降低。增加无功补偿装置后,可以降低低效率运行时的油耗。

  4、增加谐波抑制装置后,将延长发电机,变压器,MCC等用电装置的使用寿命。

  6、国家有关法规如《供电营业规则》、《功率因数调整电费办法》对用电设备的功率因数有要求,不得小于0.9(与电压等级及容量有关),否则不允许接入公网,或者罚款。直流钻机增加无功补偿装置改善功率因数,是接入电网的前提。

  7、按照国家对电网质量管理的要求, 如国标GB/T14549-93 《 电能质量 公用电网谐波》,电力部门对用户的用电设备产生的谐波有严格的要求,否则不允许接入公用电网。直流钻机或变频钻机增加谐波抑制装置降低谐波含量,是接入电网的必要条件。

  为了提高电能质量、保障设备安全运行、降耗节能、充分利用电气设备的出力等,ee13 高频变压器就需要采取恰当的无功补偿及谐波抑制措施,在提高功率因数的同时还能对谐波进行治理。 四、经济性分析

  节能减排降耗技术的应用,不仅关乎到社会长期的可持续发展,也能为我们带来实实在在的直接的经济效益。下面对直流钻机配备无功补偿及谐波抑制装置的经济性进行分析。

  1. 前面已经估算,由于无功不够而需要多开一台柴油发电机组,每年燃油消耗约150吨,也即增加无功补偿及谐波抑制装置后,节省燃油150吨,折合人民币约90万元/年。

  2. 少运行一台柴油发电机组,可节省润滑油类以及降低零部件消耗与维修费用约10万元/年。

  3. 由于功率因数提高,在用的柴油发动机单机运行在高效区,燃油效率提高,柴油机寿命延长,估算此项综合费用节省人民币10万元/年。

  4. 无功补偿及谐波抑制装置提高了井场电网的质量,减少了谐波对井场各类电子电气设备的危害,如为顶驱控制系统提供清洁的电源,可节约维修费用估计10万元/年。

  5. 为了给一些特殊的电子电气设备供电 (如录井仪,一般计算机,工控机,触摸屏,PLC等),随电控系统配置了一些小容量分散安装的净化电源,增加无功补偿及谐波抑制装置后,这些小容量的净化电源就可以省去,可节省约5万元。 综上所述,一台直流电动钻机配一套无功补偿及谐波抑制装置,每年可节约人民币约120万元,一套无功补偿及谐波抑制装置按售价200万元考虑,一年半即可回收成本。

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