В работе предприятий электроснабжения уровень потерь в линии и качество электроэнергии являются основными показателями, напрямую влияющими на прибыль компаний и качество обслуживания. В настоящее время в сельских и городских распределительных сетях малого бизнеса с низким напряжением доля индуктивных нагрузок (таких как кондиционеры и двигатели) превышает 60%, что приводит к постоянно низким коэффициентам мощности (0,75–0,85) и высоким потерям в линии (более 8%). Особенно в периоды пиковой нагрузки напряжение на клеммах часто падает ниже 198 В (для абонентских клемм 220 В), что приводит к таким проблемам, как остановка двигателя и частое отключение бытовой техники, что приводит к высокому уровню жалоб пользователей. Низковольтные конденсаторы , обладающие такими явными преимуществами, как компактность (настенные модули занимают всего 0,2 м²), экономичность (один блок мощностью 20 квар стоит около 800 юаней) и простота установки (отсутствие необходимости в модификации существующих линий), используют модель «локальной компенсации» для прямой подачи реактивной мощности на нагрузку. Это существенно снижает потери при передаче, делая их «недорогим и высокоэффективным решением» для оптимизации распределительных сетей. В данной статье подробно рассматриваются их основные преимущества и методы внедрения с четырёх сторон: сравнение методов компенсации конденсаторов, практические эффекты применения, анализ адаптированных сценариев и ключевые моменты выбора и обслуживания конденсаторов.
I. Основные различия между двумя методами
Компенсация реактивной мощности в распределительных сетях низкого напряжения основана на конденсаторах, которые в основном делятся на два типа, имеющие существенные различия в сценариях применения и эффектах:
1. Централизованная конденсаторная компенсация на стороне нагрузки распределительных трансформаторов
В нём используются конденсаторные батареи шкафного типа (мощность одной батареи: 100–300 кВАр), установленные на низковольтной шине распределительных трансформаторов, в сочетании с автоматическими регуляторами коэффициента мощности, которые переключают мощность в зависимости от коэффициента мощности шины (установленный порог: 0,85–0,9). Этот метод подходит только для распределительных зон с высокой концентрацией нагрузок (например, цеха в крупных промышленных парках) и короткими низковольтными линиями (≤ 300 метров), имея существенные ограничения: оптимизация потерь в линии снижает коэффициент только на 0,5–1 процентный пункт и не снижает потери в низковольтных линиях от трансформаторов до потребителей; поскольку данные о напряжении собираются с конечной станции, сложно обнаружить колебания напряжения на терминалах, что делает оборудование уязвимым к недостаточному напряжению в периоды пиковых нагрузок; коэффициент мощности на стороне потребителя поддерживается на уровне 0,8–0,85, что вынуждает промышленных потребителей постоянно платить штрафы за корректировку коэффициента мощности (штраф в размере 5% от общей стоимости электроэнергии при коэффициенте мощности 0,8).
2. Компенсация
Модульные конденсаторы (5–50 кВАр) устанавливаются непосредственно на стороне нагрузки (например, в распределительных щитах фермерских хозяйств, рядом с двигателями цехов или внутри шкафов управления насосных станций) и подключаются параллельно нагрузке. Например, распределительный трансформатор мощностью 100 кВА и трёхфазный асинхронный двигатель мощностью 10 кВт, расположенные на расстоянии 100 метров (сечение линии: 50 мм²): после компенсации ток в линии снижается с 18 А до 14 А, потери в линии уменьшаются со 120 Вт до 75 Вт (снижение на 37,5%); напряжение на клеммах повышается со 198 В до 202 В, что стабильно соответствует национальным стандартам; коэффициент мощности на стороне нагрузки превышает 0,95, что позволяет избежать штрафов и даже получить скидку 1% на электроэнергию в некоторых регионах. Это оптимальный выбор для ситуаций с длинными линиями и распределённой нагрузкой.
II. Практические эффекты применения низковольтных конденсаторов для компенсации
На примере пилотного проекта компании Wujiang Power Supply Company в провинции Цзянсу были выбраны два типичных распределительных района для установки интеллектуальных низковольтных конденсаторов PBJ-0.4-20-3 (единичный блок: 20 квар, с поддержкой двухпараметрического управления коэффициентом мощности и напряжением, время отклика ≤ 100 мс). После 6 месяцев стабильной работы были достигнуты впечатляющие результаты:
- Район распределения электроэнергии Шуаншиган 3H (трансформатор 100 кВА, линия 0,75 км, нагрузка: насосы для орошения сельскохозяйственных угодий + электроснабжение жилых домов): установлено 8 конденсаторов общей мощностью 160 кВАр. Потери в линии снизились с 8,56% до 7,21%, ежемесячная экономия электроэнергии достигла 1125 кВт⋅ч, а напряжение на клеммах увеличилось на 8–10 В.
- Распределительный участок Гэнлоу № 3 (трансформатор 500 кВА, линия 1,0 км, нагрузка: небольшие машиностроительные заводы + электроснабжение жилых домов): установлено 10 конденсаторов общей мощностью 200 кВАр. Потери в линии снизились с 9,12% до 6,58%, ежемесячная экономия электроэнергии достигла 2117 кВт⋅ч, а напряжение на клеммах увеличилось на 10–12 В.
В целом, по двум распределительным сетям общая годовая экономия электроэнергии составила 38 900 кВт⋅ч. Рассчитанная на основе средневзвешенной стоимости электроэнергии для населения и промышленности (для населения: 0,52 юаня/кВт⋅ч, для промышленности: 0,9 юаня/кВт⋅ч), годовая экономия затрат на электроэнергию составила около 18 000 юаней. Общие инвестиции в конденсаторы составили 14 400 юаней (18 единиц по 800 юаней), а срок окупаемости инвестиций составил всего 10 месяцев, что значительно превышает средний показатель по отрасли, составляющий 1,5–2 года. При этом активная выходная мощность трансформатора мощностью 500 кВА увеличилась с 400 до 450 кВт, что позволило удовлетворить нагрузку двух новых 25-киловаттных грануляторов пластика без расширения мощностей, что позволило сэкономить 120 000 юаней на модернизации распределительной сети. Отзывы пользователей были положительными: «Благодаря установке конденсатора насос для полива запускается мгновенно, не дожидаясь наступления непиковых часов» и «Ежемесячные расходы на электроэнергию сокращаются на 3000 юаней — это небольшое устройство действительно стоит своих денег».
III. Сценарии, адаптированные к конденсаторам (срок окупаемости инвестиций ≤ 1 года )
- Насосы для орошения сельскохозяйственных угодий/аэрации аквакультуры : оборудование включает двигатели мощностью 10–50 кВт (коэффициент мощности: 0,7–0,8) с длинными линиями (0,5–3 км) и концентрированным временем работы (8–12 часов в день). Специальные конденсаторы с защитой от влаги и пыли IP65 (для защиты от дождя и пыли) рассчитаны на 40–50% мощности двигателя, что снижает потери в линии на 30–40%.
- Зоны сосредоточения мелкого промышленного производства : на предприятиях пищевой промышленности, машиностроительных заводах и т. д. индуктивные нагрузки составляют более 70% от общей нагрузки, часто с трёхфазным перекосом. Используйте компенсирующие конденсаторы с разделением фаз для независимой регулировки мощности каждой фазы, увеличивая коэффициент мощности до более чем 0,92 и экономя 3000 юаней в месяц (для предприятий с ежемесячным счётом за электроэнергию 50 000 юаней).
- Старые жилые комплексы : в каждом доме индуктивная нагрузка составляет 2–3 кВт, а колебания напряжения в вечерние часы пик составляют 190–230 В. Необходимо установить интеллектуальные комбинированные конденсаторы (1 кВАр на дом) для стабилизации напряжения на уровне 210–225 В, что позволит снизить потери в линии с 10% до менее 7% в вечерние часы пик.
- Линии электропередачи большой протяженности (> 0,8 км) : стоимость реконструкции линии в горных районах и удаленных живописных местах высока (примерно 30 000 юаней за км). Установка конденсаторов на отдельных участках обойдется всего в 1/3–1/2 от стоимости реконструкции, что позволит снизить потери на линии более чем на 20%.
- Районы с низким напряжением : если напряжение ниже 198 В (220 В) или 360 В (380 В), установку конденсаторов можно выполнить за 1–2 дня (работы на линии под напряжением без ущерба для потребления электроэнергии), увеличив напряжение на 10–15 В по цене, значительно меньшей, чем реконструкция линии.
IV. Выбор конденсатора, его установка и обслуживание
1. Ключевые моменты
- Расчёт ёмкости : рассчитывается по формуле «активная мощность нагрузки × (тангенс угла сдвига фаз, соответствующий коэффициенту мощности до компенсации – тангенс угла сдвига фаз, соответствующий целевому коэффициенту мощности)». Например, для двигателя мощностью 10 кВт (коэффициент мощности до компенсации: 0,8, целевой коэффициент мощности: 0,95) соответствующие значения тангенса составляют 0,75 и 0,329 соответственно, что соответствует требуемой ёмкости приблизительно 4,21 квар. На практике следует выбрать стандартный конденсатор ёмкостью 5 квар.
- Выбор типа : для сбалансированных трехфазных нагрузок (например, промышленные двигатели) выберите трехфазный общий тип компенсации; для несбалансированных нагрузок (например, бытовое электричество) выберите тип компенсации с разделением фаз; для влажных сред (например, аквакультура) выберите уровень защиты IP65; для использования в помещениях (например, распределительные помещения) достаточно IP44; для переменных нагрузок (например, кондиционеры, станки) отдайте приоритет интеллектуальному двухпараметрическому типу управления.
2. Технические условия
- Монтаж : Размещайте конденсаторы близко к нагрузке, оставляя свободное пространство для вентиляции не менее 10 см (рабочая температура ≤ 40 °C во избежание перегрева и сокращения срока службы). Строго используйте параллельную проводку, подключайте трёхфазные конденсаторы в последовательности фаз и подключайте предохранители (номинальный ток: в 1,2–1,5 раза больше номинального тока конденсатора) и разрядные резисторы (напряжение падает до ≤ 50 В в течение 5 минут после отключения питания) последовательно.
- Ежедневное обслуживание : ежемесячно проверяйте внешний вид конденсатора (на отсутствие вздутий, утечек масла или изменения цвета); ежеквартально проверяйте изоляцию измерителем сопротивления изоляции (сопротивление изоляции ≥ 10 МОм, замените, если сопротивление ниже 5 МОм). Срок службы составляет 5–8 лет; своевременно заменяйте конденсатор по истечении срока службы, чтобы избежать снижения эффекта компенсации из-за ослабления емкости.
Заключение
Компенсация на месте с помощью низковольтных конденсаторов, обладающих такими основными преимуществами, как «гибкая адаптация, контроль затрат и быстрая окупаемость», является предпочтительным решением для снижения потерь в распределительных сетях и повышения качества. Будь то сельская ирригация, промышленное производство или электроснабжение жилых домов, при условии точного подбора и научно обоснованного применения конденсаторов с учётом характеристик нагрузки можно эффективно достичь двойной цели: «снижения потерь, энергосбережения и экономической эффективности».
Если вам требуется индивидуальное решение для компенсации конденсаторов, пожалуйста, оставьте сообщение с указанием мощности вашей распределительной сети, соответствующих параметров и актуальных проблем. Компания Hengrong Electric Co., Ltd предоставит бесплатные услуги по подбору и проектированию установки!