橋梁工程施工用電功率因數(shù)的提高方法

王紅民

（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 概述

在橋梁工程施工現(xiàn)場，異步電動機(jī)、電焊機(jī)、變壓器等感性電氣設(shè)備較多，大量的電力負(fù)荷是感性負(fù)荷，致使自然功率因數(shù)比較低，如不采取措施提高功率因數(shù)，將造成不良影響：降低了變電、輸電設(shè)施的供電能力；使線路電力損耗增加；功率因數(shù)越低，線路的電壓降越大，使得用電設(shè)備的運(yùn)行條件惡化，因此，提高功率因數(shù)是非常必要的。

2 功率因數(shù)簡介

大多用電設(shè)備都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機(jī)、電焊機(jī)等，它們都是靠建立交變磁場進(jìn)行能量交換和傳遞的。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率成為無功功率（單位為乏，Var），因此在供電系統(tǒng)中除了需要有功功率外，還需要無功功率。

在功率三角形（圖一）中，有功功率P 與視在功率S的比值錯誤！未找到引用源。，即為功率因數(shù)。

計算公式：錯誤！未找到引用源。，錯誤！未找到引用源。

（S：視在功率，Q：無功功率）

圖一

功率因數(shù)（錯誤！未找到引用源。）越大，有功功率越大，而無功功率就越小，對電源的利用程度越高。同樣電路中電力的輸送能力也越高，線路的損耗也就越小（線路的電能損耗與功率因數(shù)的平方成反比）。

3 提高功率因數(shù)的意義

提高功率因數(shù)對用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義[1]：

3.1 可以充分利用供電設(shè)備的容量，使同樣的供電設(shè)備為更多的設(shè)備供電；

3.2 節(jié)約電能，降低用電成本，減少電費(fèi)開支；

3.3 提高用電質(zhì)量，改善設(shè)備運(yùn)行條件，保證設(shè)備在正常條件下工作，有利于安全生產(chǎn)。

《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：施工用電標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)為0.85，若實(shí)際功率因數(shù)低于0.85，就按當(dāng)月電費(fèi)總和的百分比進(jìn)行懲罰；如高于0.9，則有一定百分比的獎勵（0.85～0.9 之間不獎不懲）。

4 提高功率因數(shù)的方法

4.1 提高自然功率因數(shù)：

據(jù)統(tǒng)計，企業(yè)無功功率消耗，一般感應(yīng)電動機(jī)占70%，變壓器占20%，線路占10%[2]。可知，提高功率因數(shù)有下列幾種方法：

4.1.1 選擇合適的電動機(jī)容量，減少電動機(jī)無功消耗，防止“大馬拉小車”。運(yùn)行電動機(jī)的負(fù)荷一般要求達(dá)到額定容量的 70%以上，才是經(jīng)濟(jì)的。對于平均負(fù)荷小于其額定容量40%的電動機(jī)，更換小容量的電動機(jī)，或?qū)⒕€圈改為三角形接法（或自動轉(zhuǎn)換）。

4.1.2 避免電機(jī)或設(shè)備空載運(yùn)行。電動機(jī)空載運(yùn)行時，

4.1.3 提高電動機(jī)的檢修質(zhì)量，防止間隙加大。

4.1.4 合理配置變壓器，提高變壓器負(fù)荷率（一般75%—80%較合適）。負(fù)荷率越低，功率因數(shù)越低，對于平均負(fù)荷率小于30%的變壓器，應(yīng)予更換。

4.1.5 調(diào)整生產(chǎn)班次，均衡用電負(fù)荷，提高用電負(fù)荷率。

4.1.6 改善電線布局，避免曲折迂回等。

4.2 并聯(lián)電容器補(bǔ)償：在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，用并聯(lián)電容器的無功功率來補(bǔ)償感性負(fù)載的無功功率，從而減少甚至消除負(fù)載與電源之間原有的能量交換。其優(yōu)點(diǎn)具有投資少，有功功率損耗小，運(yùn)行維護(hù)方便，故障范圍小等，很適合在施工現(xiàn)場使用。

并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的計算公式[3]：

式中：錯誤！未找到引用源。——需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量，Kvar；

錯誤！未找到引用源。——用電設(shè)備的平均有功功率，kW；

錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。——為補(bǔ)償前、后計算負(fù)荷功率因數(shù)角的正切值。

并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式可分為如下三種：

圖二 并聯(lián)電容器安裝方式

4.2.1 集中補(bǔ)償：把電容器組集中安裝在變電所（施工現(xiàn)場一般是箱式變電站）的一次或二次側(cè)的母線上（當(dāng)無高壓設(shè)備時不得在一次側(cè)裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償裝置[4]）。如圖二中C1部分（新購的箱變一般都帶有補(bǔ)償裝置，如沒有要提出安裝補(bǔ)償裝置的要求）。

4.2.2 分組補(bǔ)償：把并聯(lián)電容器安裝在施工現(xiàn)場的配電箱的母線上。如圖二中C2 部分。可減少變壓器和低壓配電線路的電力損耗，提高變壓器的輸出功率。

4.2.3 就地補(bǔ)償：對于容量較大，經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)的低壓用電設(shè)備，采用低壓并聯(lián)電容器對單臺設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。如圖二中C3 部分。在施工現(xiàn)場，電容器安裝于功率較大的異步電動機(jī)旁，并同電動機(jī)共用一個開關(guān)。電動機(jī)采用無功功率就地補(bǔ)償技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)[1]，可以節(jié)約有功電量8%～15%，節(jié)約無功功率50%～80%；還能夠減少線路輸送電流15%～30%，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)約線路損耗和變壓器損耗的目的。

并聯(lián)電容器補(bǔ)償也要防止過補(bǔ)和欠補(bǔ)，應(yīng)隨負(fù)荷或電壓的變動進(jìn)行投切，投切方式有手動投切和自動投切補(bǔ)償，因施工現(xiàn)場負(fù)荷變動比較頻繁，且為防止過補(bǔ)償，應(yīng)選擇自動投切方式。

4.3 同步電動機(jī)補(bǔ)償：當(dāng)條件適當(dāng)時，可利用同步電動機(jī)過勵磁超前運(yùn)行，以補(bǔ)償系統(tǒng)的感性無功功率，但由于同步電動機(jī)價格較貴，控制設(shè)備復(fù)雜，施工現(xiàn)場很少使用，所以在此不做詳細(xì)探討。

5 橋梁工程施工用電提高功率因數(shù)應(yīng)注意的問題

5.1 橋梁工程與其他工程施工相比有去自身的特點(diǎn)：其施工前期為鉆孔樁施工階段，鉆孔樁施工期間一般同時運(yùn)作較多數(shù)量的鉆機(jī)和電焊機(jī)（加工鋼筋籠等），鉆機(jī)多由異步電動機(jī)提供動力，所以是橋梁施工用電負(fù)荷中最大的時期；鉆孔樁施工結(jié)束后，用電負(fù)荷會大幅減少；主體工程完工以后進(jìn)入收尾階段，基本沒有大的用電負(fù)荷，因此要根據(jù)用電負(fù)荷及時調(diào)整更換變壓器，減少低負(fù)荷運(yùn)行和避免空載運(yùn)行，以便提高自然功率因數(shù)，減少損耗，節(jié)約電能。

5.2 如果無功補(bǔ)償?shù)难b置本身會產(chǎn)生諧波，或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有諧波源影響到電容器安全運(yùn)行時，也必須與電容器串聯(lián)一個電抗器。其感抗值的選擇應(yīng)該在可能產(chǎn)生的任何諧波下，均使電容器的總電抗為感抗而不是容抗，從根本上消除產(chǎn)生諧波的可能。電抗器感抗值XL 可按式XL=KXc/n2計算[3]。式中：Kc 為補(bǔ)償電容器的工頻容抗，，Ω；K 為可靠系數(shù)，一般取1.2～1.5n；n 為可能產(chǎn)生的最低諧波次數(shù)，一般取n=5。

5.3 防止檢修電容器觸電。電容器儲存電荷雖經(jīng)放電裝置放電，但仍有可能存在殘存電荷，尤其是電容器內(nèi)部，因此無論有那種放電裝置，都必須人工放電后開始檢修。

5.4 選用電容器時應(yīng)提出訂貨的特殊要求，要求電容器標(biāo)稱電壓比原來提高10%，即高壓為6.9kV 或11.5kV，低壓為0.45kV，這樣做可以提高電容器的使用壽命，同時也簡化了電容器的保護(hù)，減少了電容器的事故率。

6 結(jié)束語

近年來國家在大力提倡節(jié)能減排，而提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，是節(jié)能工作的一項(xiàng)重要措施。通過無功補(bǔ)償技術(shù)提高用電的功率因數(shù)，用電單位降低用電成本，提高用電設(shè)備的使用壽命及安全運(yùn)行都是很顯著的。確定無功功率的補(bǔ)償容量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

[1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》（上冊），治金工業(yè)出版社

[2]《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》第三版，中國電力出版社

[3]《電氣傳動自動化技術(shù)手冊》 第3 版，機(jī)械工業(yè)出版社

[4] GB50227－2008《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》