淺談動態無功自動補償裝置在功率因數降低企業中的應用

梁翠榕（江門市新會新寶成電氣工程有限公司,廣東　江門　529000）

淺談動態無功自動補償裝置在功率因數降低企業中的應用

梁翠榕
（江門市新會新寶成電氣工程有限公司,廣東江門529000）

摘要：在我國社會經濟的快速發展中，電氣工程成為了推動社會發展的主要動力，從本質上而言，動態無功自動補償裝置在創新發展中得到了廣泛運用，不僅運用到普通工業與民用、汽車企業、鋼鐵企業，造船企業等諸多企業的發展運行中，功率因數低是其共同的特點，需要將動態無功自動補償裝置進行應用，才能從根本上解決企業功率因數低的問題。筆者結合企業的實際情況，提出了幾種方案設計，在將功率因數進行提高之后，也在一定程度上減少了輸配電系統的電能損耗，保證了我國電網的安全性與穩定性，對企業節約了電能，也改善了用電質量。

關鍵詞：無功功率裝置；功率因數；投切器；濾波器

1　現階段企業功率因數降低的因素分析及不良影響

在企業的可持續發展中，功率因數過低會影響企業的經濟效益。用電設備按功率因數分為三類：電阻性負荷、電感性負荷、電容性負荷。而在我國大量的電力負荷是電感性負荷，使得用電單位功率因數小于1，數據統計，企業消耗無功功率中異步電動機占70%、變壓器占20%、線路占10%，因此功率因數低，將帶來不良的影響：

（1）發電機和變壓器輸出的有功功率降低使設備容量不能充分使用。

（2）使變壓器、輸電線路的功率和電能損耗增大。

（3）功率因數愈低線路的電壓降愈大，使得用電設備的運行條件惡化。

2　低壓無功自動補償裝置的原理、意義、補償方式

2.1無功補償的基本原理

電網輸出的功率包括兩部分：一是有功功率，二是無功功率。直接消耗電能，把電能轉變為機械能，熱能，化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能。電流在電感元件中作功時，電流滯后于電壓90°，而電流在電容元件中作功時，電流超前電壓90°。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180°，如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。

2.2無功補償的意義

（1）在變壓器、發電機容量不變情況下，補償無功功率，可以增加有功功率。

（2）在用電負荷容量不變的情況下，補償無功功率，可以減少發電機、變壓器的設計容量，減少投資。

（3）降低線損。由公式ΔP%=（1-cosΦ2/cosΦ1）×100%得出其中cosΦ2為補償后的功率因數，cosΦ1為補償前的功率因數，則：cosΦ2＞cosΦ1，所以提高功率因數后，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。

2.3無功補償的方式

電力電容器無功補償的原則：高壓部分的負荷由高壓電力電容器來補償，低壓部分的負荷由低壓電力電容器來補償。電力電容器無功補償分為：

集中補償：是在配電站高壓母線上安裝并聯高壓電容器組或者在變壓器低壓母線上安裝并聯低壓電容器組。

分散補償：就是車間總電柜安裝償電容器組。

就地補償：就是在動機負荷側安并聯電容器。

3　案例分析

我設計并施工過的1單位案例，以生產旺季滿負荷，功率因素為0.7，沒能達到供電部門的基本考核0.9，因功率因數低每個月調整電費為5000元。

3.1廠供電情況的概述

廠供電是400KVA變壓器，電房安裝了160千乏電容補償柜。工廠所使用的用電設備基多是感性負荷，像起重/輸送設備共100KW、金屬切削設備共200KW、沖壓液壓設備共143KW、焊機（有單相和三相）共210KW、吊扇（單相）共150KW，烘爐120KW等。尤其是焊機以及沖壓設備，工作的時間比較短負載波動大，單相負荷也較多存在三相不平衡現象。

工廠內原有的電容補償柜是靜態補償，是CJ20接觸器作電容器投切開關，接觸器適用于三相固定投切，負荷變化不大的負荷，投切間隔時間慢，吸合或釋放聲響，經檢測有1組電容器損壞，1接觸器燒了。

3.2問題解決措施、無功自動補償容量確定、元件選擇

（1）對于原有電容柜是靜態補償反應比較慢，不合負載波動大需要快速，單相負荷較多三相不平負荷，為從根本上解決功率因數低這一問題，方法是重新設計，安裝一個動態無功電容自動補償柜并聯在電房變壓器低壓母排上，實施單相分補+三相共補相結合措施對負荷進行動態無功自動補償，從根本上提高功率因數來解決問題。采用在電房低壓母線上并聯電容柜行集中補償，這種補償方式的優點不僅可以提高功率因數，還提高了變壓器的輸出功率和二次測電壓。除此之外，其安裝費用較低，并且運行安全、可靠。

（2）無功補償電容器容量的確定，采用功率因數法，對電容器的補償容量進行計算。工程在補償前功率因數為0.7，補償后功率因數達到0.92，以最大負荷月的用電量89000KW/月，負荷為370KW，在根據《10KV配電工程設計手冊》[5]中查表，每千瓦的負荷所需要補償的電容容量為0.6，因此，經過計算電容器組容量222千乏，電容器組補償總量確定為220千乏。

（3）電容柜筆者所選用元件主要是公司產品：

1）無功智能動態補償控制器DFJDG2000/D-39型1個。

2）復合開關：DFFK-3x10-Y(單相)1個、DFFK-20/30-S（三相）9個。

產品優點是接到控制器的控制信號后，通過邏輯判斷，自動尋找最佳投入（切除）點；保證過零投切，無涌流。

3）電力電容濾波器：DFFX-0110個。

4）電容器：HBK 0.45-20-K/T8個，HBK 0.45-30-K/T1個，HBK0.25-3x10-K/Y n1個外購產品。

動態無功自動補償裝置柜是由公司車間生產，到現場進行改造，投運后效果很好，運行穩定，至今天已有2年。

3.3補償前后狀況比較

（1）補償前狀況

1）變壓器、供電電纜發熱，損耗大，帶負荷能力降低；

2）離電房較遠的地方電壓低，設備運行不穩定；

3）響應時間慢；

4）功率因數0.6～0.7，引起無功罰款。

（2）補償后效果

1）降低變壓器、供電電纜發熱，降低設備發熱損耗，提高使用效率；

2）響應時間快，過零投切，設備運行穩定；3）響應時間快；

4）系統功率因數≥0.95，避免無功罰款。

4　結語

在我國社會經濟的快速發展中，企業功率因素成為了當前最為主要的內容，本文主要介紹了功率因數降低的主要原因，并且在無功功率的補償裝置的原理與優點中，結合筆者所在企業的實際情況，對案例企業功率因數降低的措施進行闡述，并從根本上減低了無功功率的消耗，提高了功率因數，為企業的發展節約了大量的資金，改善了供電質量，提高了變壓器帶負荷的能力。

參考文獻：

[1]智慧,李群湛,周福林.新型動態無功補償裝置在牽引變電所應用[J].電力自動化設備,2006(11):71-74+78.

[2]靳建峰,翁利民,王毅,劉忠菁,霍小江.正弦曲線擬合積算法在動態無功補償裝置中的應用[J].電力電容器,2007(06):1-5.

[3]周俊宇.變電站10kV動態無功補償裝置的研究[J].低壓電器,2008(21):45-47.

[4]朱恩平.TSC動態無功功率補償裝置的設計[J].電氣制造,2011(08):54-55+58.

[5]張劉春,韓如成,張守玉.無功補償裝置的現狀和發展趨勢[J].太原重型機械學院學報,2004(01):30-33+39.