提高生產(chǎn)企業(yè)電網(wǎng)功率因數(shù) 實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效

陳繼和陸海鵬楊夕林

（1.大慶中藍(lán)石化有限公司；2.大慶油田電力集團(tuán)電力工程設(shè)計(jì)院）

提高生產(chǎn)企業(yè)電網(wǎng)功率因數(shù) 實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效

陳繼和1陸海鵬1楊夕林2

（1.大慶中藍(lán)石化有限公司；2.大慶油田電力集團(tuán)電力工程設(shè)計(jì)院）

在供電過(guò)程中，用戶功率因數(shù)的高低，直接關(guān)系到電網(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供電質(zhì)量。介紹了大慶中藍(lán)石化有限公司通過(guò)對(duì)影響企業(yè)電網(wǎng)功率因數(shù)的主要因素以及無(wú)功補(bǔ)償方式的分析，采用安裝并聯(lián)移相電容器組的方式進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，補(bǔ)償后功率因數(shù)從0.87提高到0.95，每年減少線損230×104kW·h，節(jié)約電費(fèi)1.426×104元。

功率因數(shù) 移相電容器 節(jié)約電能 線損

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.05.014

功率因數(shù)是指電網(wǎng)傳輸負(fù)荷有功功率的百分比。在電網(wǎng)的運(yùn)行中，希望功率因數(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(lái)供給有功功率，減少無(wú)功功率的消耗。用戶功率因數(shù)的高低，對(duì)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。因此，對(duì)于用電企業(yè)，若能有效地搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫Γ纳铺岣哂脩艄β室驍?shù)，而且能夠有效地減少電能損失，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，其社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益都會(huì)非常顯著。

1 影響功率因數(shù)的主要因素

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(guò)程中，除消耗有功功率外，還需要無(wú)功功率；當(dāng)有功功率一定時(shí)，如減少無(wú)功功率，則功率因數(shù)便能夠提高；在極端情況下，當(dāng)無(wú)功功率為0時(shí)，則其功率因數(shù)為1；因此，提高功率因數(shù)的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需要量[1]。下面就影響功率因數(shù)的主要因素進(jìn)行介紹分析。

（1）異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備。

異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素，而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分所組成的；所以，要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成分是它的空載無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)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(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

（2）供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)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(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快；當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，無(wú)功功率將增加35%左右；當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)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(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。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。

（3）電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響。

2 提高功率因數(shù)采取的措施

大慶中藍(lán)石化有限公司是一家大型石油化工企業(yè)，其電力總裝機(jī)容量46000 kVA，設(shè)有一個(gè)110 kV變電站、5個(gè)6 kV區(qū)間變電所，共有電力變壓器36臺(tái)，年用電量2.3×108kW·h。公司采取了提高功率因數(shù)的措施并收到了一定的效果。

2.1 提高自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)主要是靠提高變壓器、電動(dòng)機(jī)負(fù)載率，調(diào)整負(fù)荷結(jié)構(gòu)，降低變壓器、電動(dòng)機(jī)的空載和低載運(yùn)行，使功率因數(shù)達(dá)到最佳。

2.2 并聯(lián)移相電容提高功率因數(shù)

由于公司實(shí)際生產(chǎn)工藝中沒(méi)有使用同步電動(dòng)機(jī)，所以采用并聯(lián)移相電容器的方式進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償。

2.3 補(bǔ)償方式的選擇

根據(jù)移相電容器在工廠供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補(bǔ)償、低壓成組補(bǔ)償和低壓分散補(bǔ)償三種方式。

（1）高壓集中補(bǔ)償是將高壓移相電容器集中裝設(shè)在變配電所的6 kV母線上，這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償6 kV母線前（電源方向）所有線路上的無(wú)功功率，而此母線后的廠內(nèi)線路沒(méi)有得到無(wú)功補(bǔ)償；所以，這種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)效果較后兩種補(bǔ)償方式差。

（2）低壓分散補(bǔ)償，又稱個(gè)別補(bǔ)償，是將移相電容器分散地裝設(shè)在各個(gè)車間或用電設(shè)備的附近，這種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償安裝部位前的所有高低壓線路和變電所主變壓器的無(wú)功功率；因此，它的補(bǔ)償范圍最大，效果也較好。但是這種補(bǔ)償方式總的設(shè)備投資較大，且電容器在用電設(shè)備停止工作時(shí)，它也一并被切除，所以利用率不高。

（3）低壓成組補(bǔ)償是將移相電容器裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上，這種補(bǔ)償方式能補(bǔ)償車間變電所低壓母線前的車間變電所主變壓器和廠內(nèi)高壓配電線及前面電力系統(tǒng)的無(wú)功功率，其補(bǔ)償范圍較大。由于這種補(bǔ)償能使變壓器的視在功率減小從而使變壓器容量選得小一些，比較經(jīng)濟(jì)，而且它安裝在變電所低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)方便。

綜合以上三種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)公司的實(shí)際情況，選擇了低壓成組補(bǔ)償方式。

2.4 補(bǔ)償容量的確定

對(duì)于車間變電所，安裝的容性無(wú)功量應(yīng)等于裝置所在母線上的負(fù)載按提高功率因數(shù)所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量與變壓器所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量之和。

負(fù)載所需補(bǔ)償?shù)难b置容量按式（1）考慮[2]：

式中：

Qc1——負(fù)荷所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量，kvar；

P——母線上的平均有功負(fù)荷功率，kW；

?1——補(bǔ)償前的功率因數(shù)角；

?2——補(bǔ)償后的功率因數(shù)角。

變壓器所需補(bǔ)償?shù)难b置容量按式（2）考慮：

式中:

Qc2——變壓器所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量，kvar；

UK——變壓器阻抗電壓的百分?jǐn)?shù)，%；

IO——變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù)，%；

Se——變壓器額定容量，kVA。

2.5 低壓成組補(bǔ)償設(shè)備的選擇

選擇補(bǔ)償設(shè)備，應(yīng)在充分考慮安全性的同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，從實(shí)用性、可靠性入手，將費(fèi)效比最大化。一是投切方式的選擇:電容投切有兩種方式，人工投切和自動(dòng)投切。人工投切對(duì)運(yùn)行人員是件繁重的工作，且難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確的操作，影響供電電壓質(zhì)量。采用自動(dòng)投切方式，通過(guò)自動(dòng)跟蹤功率因數(shù)變化合理選擇電容組數(shù)，還能在功率因數(shù)超前時(shí)快速切除已投電容；在實(shí)際應(yīng)用中，這種控制方式能滿足生產(chǎn)要求。二是移相電容器的選擇：選用的電容器為BSMJ0.380-16-3型自愈式移相電容器，其額定工作電壓380 V，容量16 kvar，采用三相三角形接法，具有自放電功能，最高過(guò)電壓為110%額定電壓，最高過(guò)電流是130%額定電流。

2.6 補(bǔ)償效果

一些主要電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償情況見(jiàn)表1。

表1 電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)補(bǔ)償

通過(guò)對(duì)供配電系統(tǒng)安裝并聯(lián)移相電容器組，向電網(wǎng)提供可階梯調(diào)節(jié)的容性無(wú)功，補(bǔ)償多余的感性無(wú)功，使實(shí)際功率因數(shù)提高到0.95以上；同時(shí)，設(shè)備利用率提高了10.4%，改善了供電質(zhì)量，補(bǔ)償效果明顯。從節(jié)約電費(fèi)角度分析，以線損為例，年用電量約為2.3×108kW·h，補(bǔ)償前線損率約為5%，補(bǔ)償后功率因數(shù)從0.87提高到0.95，每年可減少線損約為230×104kW·h；按0.62元/kW·h計(jì)算，可節(jié)約電費(fèi)142.6×104元，加上電力系統(tǒng)功率因數(shù)獎(jiǎng)100×104元，每年共計(jì)節(jié)約電費(fèi)242.6×104元。

3 結(jié)束語(yǔ)

從以上對(duì)功率因數(shù)的分析和公司采取具體應(yīng)對(duì)措施實(shí)際情況可以看出，提高功率因數(shù)對(duì)于降低損耗、節(jié)約電能具有明顯的效果，同時(shí)可以為企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]劉興源.電工實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2006.

[2]王向臣.電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

陳繼和，1987年畢業(yè)于黑龍江電力職工大學(xué)，高級(jí)工程師，從事電氣安全管理工作，E-mail：lxdq6728453@sina.com，地址：大慶市讓胡路區(qū)喇化東路1號(hào)，163713。

2011-04-28）