中小企業配電室無功功率補償的應用

谷維 陳超山

摘 要：國家電力供應，從區域性供電系統到地方變電站、配電所，小到企業單位的配電室，都很重視無功功率的補償，提高用電負荷的功率因數，達到節能降耗的目的。本文介紹企業單位配電室無功功率補償的實際情況、具體做法及取得的效益，總結積累相關經驗。

關鍵詞：配電室；無功功率；補償；功率因數

1 概述

企業規模有大小之分，配電室或變電站設施也參差不齊。有剛更新換代的設施，也有使用了幾十年仍在使用的供電設備。它們在實際使用中，都存在同一個問題：那就是無功功率補償不足。國家電網和南方電網，對下屬各級配電部門的無功功率補償有明文規定，明確要求各級供電部門按功率因數調整電費管理辦法，實行供電獎懲收費管理。為了鼓勵用戶自行提高其負荷的功率因數，水利電力部和國家物價局頒發了《功率因數調整電費辦法》。規定凡超過功率因數標準的用戶，將根據其實際功率因數不同降低電費，凡低于功率因數標準的用戶，將不同程度增加電費，實際功率因數越低，增加電費的幅度也越大。所以，各級中小企業，都想盡一切辦法，對配電設施進行改造，根據自身實際情況，進行無功功率補償：一是提高和改善供電質量，可以減少用戶內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，達到節能降耗的目的；二是可以避免因功率因數低于規定值而受到處罰，減少用戶費用的支出。

2 無功功率補償作用

經濟合理地配置無功功率補償設備，不但可以提高電力系統運行經濟性，節省電力建設投資，而且還能夠調節供電系統的電壓、電流等電能指標參數，保障供電質量和用電質量。主要有：

（1）改善功率因數：提高功率因數可以少送無功功率，多送有功功率，系統線損率也下降了。

（2）穩定調節電壓：負載對無功需求的變化，會引起供電點電壓的變化，對這種變化若從電源端進行調節，會引起一些問題，而補償設備就起著維持供電電壓在正常范圍內的重要作用。

（3）保持負載的平衡性：電網中出現三相負載不對稱時，會出現負序、零序分量，將產生附加損耗，使整流器波紋系數增加，引起變壓器飽和等，經補償設備就可使不平衡負載變成平衡負載了。

3 無功功率補償不足原因

企業單位配電設施無功功率補償不足，普遍存在的問題主要有以下幾點：

（1）配電設施比較陳舊，一些無功功率補償還是依靠人工切換，容易出現欠補償或過補償。

（2）有些配電設施，當初在規劃設計時對企業發展估計不足，無功功率補償本身先天不足，即使全部正常投入使用，也無法滿足補償要求。

（3）企業內部用電設施變化比較大，供電負荷變化了，沒能通過負載科學調配無功功率、有功功率變化情況。

（4）無功功率補償方式單一，現在大多數企業采用比較常見的電容補償作靜止補償裝置。

（5）對無功功率補償沒有引起足夠的重視，很多無功功率補償設施維護管理也不到位，不能有效挖掘出節能降耗的潛能。

4 改善無功功率補償的措施

無功功率補償的原則：根據無功功率平衡的特點，無功功率補償設備配置的原則是就地平衡，做到分層和分區平衡。分層平衡是指不同電壓層次、電壓等級的電網本身做到無功功率平衡；分區平衡是指電網的各個區域無功功率基本平衡。

無功功率補償通常采用的方法有：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。無功功率常用的補償裝置有：同步調相器、靜止無功補償裝置（SVC）、靜止無功發生器（SVG）等。常用補償設備形式有：開閉式并聯電抗器、電容器；同步補償器；多相飽和電抗器（SR）；可控硅控制電抗器（TCR）；可控硅投切電容器（TSC）等。雖然補償方式多種多樣，但總的原則是以移相電容器為主，全面規劃、合理布局、分散補償、就地平衡、自動控制、集中調節。集中調節和分散補償相結合，以分散補償為主；調節補償和固定補償相結合，以固定補償為主；高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主。

遵循以上原則，權衡各種無功補償的優缺點，在低壓端，由斷路器（電磁型交流接觸器）控制的電容器組成的低壓靜態無功功率補償，在中小企業正大量使用。具體做法有：

（1）增加就地補償電容柜，根據生產車間用電負荷，特別是電感性負載集中的部門，可在相應動力柜旁增加相應電容補償柜，就地補償，減少配電室無功功率補償的壓力。

（2）選擇電容器組接線形式：設置在變電站和配電所中的并聯電容器補償裝置一般都分組安裝。在配電所主要用以改善功率因數，在變電站主要用以提高電壓和補償變壓器無功損耗。并聯電容器的接線一般分為△型和Y型（包括雙△或雙Y）?！餍徒泳€的優點是不受三相電容器容抗不平衡的影響，可補償不平衡負載。缺點是當電容器發生短路時，短路電流大，可選用的繼電保護方式少。Y型接線優點是設備故障時短路電流較小，繼電保護構成也方便，而且設備布置也清晰。缺點是對比3n次諧波沒有通路。所以應根據具體情況選用適合的接線形式。

（3）無功補償容量的配置：在額定負載運行的情況下，所配置無功功率補償方法，不能滿足無功功率補償要求時，可以通過科學計算（比如無功潮流優化模型），得出最佳補償容量和配置方案。在現有電容柜基礎上，考慮增加電容容量。當然相應線路也要隨電流量調整，以免留下用電安全隱患，保證功率因數能達到0.95以上即可。

（4）實現自動補償：一些有年頭的配電室，還沿襲的電容柜是手動補償，在這種情況下，一定要改成自動補償。國產無功功率補償控制器比較多，以深圳市奧特電器有限公司生產的GZK870I控制器為例。在使用這類控制器時，需要注意：第一，信號與取樣原則。三相380V，任取兩相電壓和余下一相電流，即取樣電流信號的互感器所在相不要與電壓信號同相。單相220V，取樣電流必須與取樣電壓同相，即取樣電流信號的互感器所在相與電壓信號同相。第二，取樣電流必須取自總負荷電流線，即電流信號互感器必須套于總進線柜母線段，不得取自電容屏。第三，同一變壓器配置有多個補償電容柜時，電容柜的取樣電流必須串聯之后，接在控制回路，絕不能并聯，否則起不到聯合控制作用。

（5）監督日常維護管理：并聯電容器數量大、可控性差，因此要加強對補償裝置的管理。對所轄區域配電室的無功功率補償設施，要維護到點，巡查到面。

①保障日常巡視：每日至少要巡查一次電容柜，每月要檢查放電回路及放電電阻完好。

②發現隱患：找出長期運行過程中，是否有被燒壞的線路、接觸器或繼電器；電容器有無滲油或鼓肚、內部有噪音或外部有火花的現象。

③捕捉變化：觀察無功功率補償屏上電流的變化，假如電流值比日常電流有所降低，可能是電容失效，需要甄別，及時更換，保證時時滿足補償要求。

④責任承包：如果電容屏比較多，可以考慮將全部電容屏包干到所有值班員工，電容屏的日常維護責任到個人。同時跟蹤供電局每月派發的電費單，實時了解配電室無功功率補償狀況。

（6）重視影響電容器運行的因素：首先，運行環境溫度：是保證電容器安全運行和達到正常使用壽命的重要條件之一。一般不應超過40℃，溫度過低也對電容器不利，低溫會使電容器介質游離電壓下降，若此時投入，會因中心穩度升高快，體積膨脹可能引起開裂。其次，電壓波動：電容器的無功功率與電壓平方成正比，因此電壓波動會對電容器產生影響，運行電壓應不超過電容器額定電壓的10%。最后，高次諧波：現代企業，自動化程度比較高，電力電子技術使用普遍，如變頻器、軟起動器、伺服控制器等，造成大量高次諧波進入電力網絡。高次諧波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運行電壓有效值增大，而且使其峰值電壓增加，致使電容器因過負荷而發熱，并可能發生因局部放電而損壞。

（7）注意維護安全：在維護電容屏的過程中，由于電容器脫離電源后有殘余電荷，所以必須有放電設備，以利于檢修并保證人員的安全。放電設備須保證在較短時間達到規定的殘余電壓標準。所以，在更換接觸器時，一定要使用帶有放電電阻的專用接觸器。電容還有爆炸、噴油、起火等危險情況發生，要做好防護措施。

5 結束語

隨著國民經濟的快速發展和持續增長，電力需求迅速增長， 使供需矛盾日益突出。而要緩解當前電力供需矛盾， 除了增加發電量這一主渠道外，可采用各種節電措施， 最大限度地利用現有各種電力設施資源。利用無功功率補償技術來挖掘現有電力資源潛力， 是一種能夠迅速有效、切實可行的措施之一， 同時也能夠節約大量的電力能源。

本人曾主持所在單位的無功功率補償技改。無功功率改造前，功率因數一直在0.85左右徘徊，改造完成之后，功率因數穩定在0.98以上。公司每月電費在50萬元以上，對照國家《功率因數調整電費辦法》，以功率因數0.90標準為例，技改后每月得到獎勵金額，加上改造前受處罰金額，公司每月少交電費1.6萬元，還減少了線損，全年電費就可節約二十多萬元。對那些用電大戶而言，反映出的電費效益就更為可觀，所以做好企業供配電無功功率補償，具有較好的節能降耗效果和經濟效益。

參考文獻：

[1]丁毓山，徐義斌.無功補償崗位培訓教材[M]，中國水利水電出版社，2002（6）.

[2]丁毓山，金開宇.配電網新設備與新技術[M]，中國水利水電出版社，2006（7）.