分析工業廠房無功欠補償原因

王生偉

(山西省機電設計研究院，山西 太原 030009)

0 引言

無功功率補償對電力系統和工廠企業意義重大，合理選擇補償裝置，能提高電網的功率因數，降低輸電線路和供電變壓器的損耗，改善供電質量，提高供電效率。如選擇和使用不當，可能造成供電系統電壓波動，高次諧波增大等問題，有些工廠經常會遇到無功欠補償問題。

下面從無功補償裝置設計失誤、補償裝置故障、生產用電管理不善等原因造成的無功欠補償做出分析。

1 無功補償簡介

無功功率補償，俗稱無功補償，供電部門一般要求高壓用戶(10 kV電壓等級及以上)月平均功率因數達到0.95以上，低壓用戶月平均功率因數達到0.90以上，當用戶的自然總功率因數較低，僅靠提高用電設備的自然功率因數不能達到要求時，需要裝設人工無功功率補償裝置，來提高用戶的功率因數。

如果不采用無功補償來提高其功率因數，將造成如下不良影響:

1)降低供電系統中發電機的輸出功率，當發電機低于額定功率因數運行時，發電機的有功輸出降低，降低了輸變電設施的供電能力;

2)使電力網絡損耗增加;

3)功率因數越低，線路的電壓降越大，用電設備的運行環境越惡劣。

無功功率補償裝置在電力系統中處于一個不可缺少的位置，合理選擇補償裝置，能提高電網的功率因數，降低輸送線路和供電變壓器的損耗，改善供電質量，提高供電效率。如選擇和使用不當，可能造成供電系統電壓波動，高次諧波增大等問題。

電網中常用的無功補償方法包括:同步電動機補償法;并聯電容器補償法。其中并聯電容器補償法具有投資省，有功功率損耗小，運行和維護方便，故障范圍小等優點，因此在供配電系統應用較廣泛。

以并聯電容器的安裝位置來區分的補償方式主要有以下三種:

1)集中補償:在負荷較大且功率因數較低的變配電所高壓母線上集中安裝電容器;

2)分組補償:在配電變壓器低壓母線上和用戶車間配電屏處安裝并聯補償電容器;

3)就地補償:在容量較大且功率因數較低的經常運行的電動機旁安裝并聯電容器，同電動機共用一組開關。

這三種補償方式各有各的特點，應根據實際情況確定使用場合。

2 并聯電容器補償裝置的選擇

并聯電容器補償設備為防止過補和欠補，應根據負荷大小及電壓的波動進行投切，投切方式可采用手動或自動方式。手動投切方式適用于穩定運行的負荷、總降壓變電所的集中補償電容器組、就地補償裝置等。自動投切方式適用于負荷變化明顯的環境，可以避免過補償，避免在輕載時電壓過高。在采用高、低壓自動補償裝置效果一樣時，宜采用低壓補償。

無功自動補償裝置的調節方式，根據無功補償控制器采樣方式的不同可以分為功率因數型、無功功率型、無功電壓型。

以節能為主的補償，宜采用無功功率參數調節，當三者相平衡時，可采用功率因數型，以改善電壓偏差為主的補償，應選用電壓參數調節，三者不平衡時，可采用分相補償。目前，國產的動態補償控制器與國外同類產品相比質量差距較大，主要是動態響應時間較慢，其次補償功率不能一步到位，沖擊電流過大，容易造成系統特性漂移。

電容器分組時，應該滿足下列要求:

1)電容器投切時不能產生諧振;

2)適當減少分組數量及加大分組的容量;

3)應與配套設備的技術參數相適應;

4)滿足電壓偏差的允許范圍。

3 無功補償欠補問題分析

在我們的日常生產中經常會遇到無功補償欠補問題，用戶無功補償達不到供電部門要求，對電網供電質量造成不良影響，用戶本身也將造成損失，最直接的損失就是供電部門的罰款，造成無功欠補償的原因是多方面的，下面從無功補償裝置設計失誤、補償裝置故障及生產用電管理不善等方面做出分析。

首先，從設計方面分析造成欠補償的原因，主要還是因為計算補償容量不足導致的，補償容量QC按式(1)確定:

其中，tgφ1，tgφ2分別為補償前、后功率因數角正切值;PC為企業的計算有功功率。

由式(1)可以看出，補償量的大小與企業的計算有功功率，及補償前企業的自然功率因數有關，因此計算有功功率和自然功率因數成了計算補償量的關鍵，也正是因為以上兩者的計算偏差太大，導致補償容量QC不足，大部分電氣設計人員在從事設計時很少和工藝人員溝通，這是造成設計失誤的主要原因，舉個例子，工藝人員提資中有20臺數控車床，安裝容量55 kW/臺，安裝容量中未給出每臺車床由幾部電機組成，設計人員也不進一步了解情況，本來是由多個小電機組成，設計人員按一臺55 kW電機設計，這時在設備自然功率因數選取上已經犯了一個錯誤，還有部分人員不能做到因地制宜，一味的根據設計手冊上的參考數據取值，其實手冊上有些數據是20世紀70年代引進蘇聯至今未做修改的，有些是過時的，20世紀生產車間能看到的數控車床屈指可數，而現在大不相同，有的生產車間全是數控床，這時候還是取很低的同時系數，計算有功偏小，結果在計算補償容量QC時肯定偏小。還有設計人員不管用電負荷是什么類型，也不計算，籠統的選取補償量為變壓器容量的30%，其實很多機加工類場所是不夠的，這也是設計階段導致補償不足的一大因素。

其次，無功補償裝置故障，導致無功補償不能投入，無功補償設備衰減，導致補償量不足，無功補償裝置不能及時跟蹤負載變化，這些都是導致欠補償的原因。

企業投產初期，用電設備運行一般都比較正常，隨著時間的推移，有些設備就會出現不同程度的破損，有些用戶平時也沒有固定的維護人員，在供電部門提出罰款時才發現了無功補償不足問題。其實有時候問題還是很好解決的，檢查是否有電容器損壞，及時更換破損元件，電容器外熔斷器是否發生熔斷，接觸器是否有燒焦現象，很多問題都是可以肉眼發現的。電容器使用后期它的容量是會降低的，因此要定期的更換電容器，切記電氣設備也是有壽命的，日常維護是必不可少的。

生產用電管理不善也是導致欠補償的一方面因素，也是最難查找無功補償不足的地方，有些企業一旦遇上欠補償首先考慮的是不是補償量不夠，在不調查原因的情況下就增設補償柜，最后還會發現補償不足，這時候就懷疑補償裝置的質量問題，查來查去也沒查出結果。曾經遇到過一家企業，有一個聯合廠房在投產初期就發現無功補償不夠，核實工程設計圖紙補償量計算沒問題，補償裝置質量檢測沒問題，結果問題就出在用戶生產管理上，一進廠房就能看見工人在聊天、打撲克，關鍵的問題是好多設備還都在空轉，還有就是這個聯合廠房里的設備全都是舊設備，生產產品種類現在改變了，以前生產大件，現在變小件加工了，好多設備處于輕載運行狀態，負載率低的都不到0.4，大馬拉小車現象非常明顯，正是因為該車間生產中經常輕載、空載導致無功欠補償。

舉個例子說明大馬拉小車及電機空載運行對無功的影響。

現有75 kW電機一臺，額定電流為140.1 A，空載電流約為該電機額定電流的15%～20%左右，如果該電機直接連接有設備，則空載電流約為額定電流的25%～35%。表1中取空載電流為額定電流的35%。

電動機的負載率與無功補償量的關系如表1所示。

表1 電動機的負載率與無功補償量的關系

由表1可以清晰的看出輕載、空載對無功補償的影響還是很大的，因此企業應盡可能避免大馬拉小車現象，杜絕電機長時間空載運行。

[1] JGJ 16-2008，民用建筑電氣設計規范[S].

[2] GB 50227-2008，并聯電容器裝置設計規范[S].