提高生產企業電網功率因數 實現節能增效

陳繼和陸海鵬楊夕林

（1.大慶中藍石化有限公司；2.大慶油田電力集團電力工程設計院）

提高生產企業電網功率因數 實現節能增效

陳繼和1陸海鵬1楊夕林2

（1.大慶中藍石化有限公司；2.大慶油田電力集團電力工程設計院）

在供電過程中，用戶功率因數的高低，直接關系到電網中的功率損耗和電能損耗，關系到供電線路的電壓損失和供電質量。介紹了大慶中藍石化有限公司通過對影響企業電網功率因數的主要因素以及無功補償方式的分析，采用安裝并聯移相電容器組的方式進行功率因數補償，補償后功率因數從0.87提高到0.95，每年減少線損230×104kW·h，節約電費1.426×104元。

功率因數 移相電容器 節約電能 線損

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

功率因數是指電網傳輸負荷有功功率的百分比。在電網的運行中，希望功率因數越大越好，如能做到這一點，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，減少無功功率的消耗。用戶功率因數的高低，對于電力系統發、供、用電設備的充分利用，有著顯著的影響。適當提高用戶的功率因數，不但可以充分地發揮發、供電設備的生產能力，減少線路損失，改善電壓質量，而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節約電能。因此，對于用電企業，若能有效地搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網補償的壓力，改善提高用戶功率因數，而且能夠有效地減少電能損失，降低企業生產成本，其社會效益及經濟效益都會非常顯著。

1 影響功率因數的主要因素

功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率；當有功功率一定時，如減少無功功率，則功率因數便能夠提高；在極端情況下，當無功功率為0時，則其功率因數為1；因此，提高功率因數的實質就是減少用電設備的無功功率需要量[1]。下面就影響功率因數的主要因素進行介紹分析。

（1）異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備。

異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素，而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成的；所以，要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成分是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。

（2）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快；當供電電壓為額定值的110%時，無功功率將增加35%左右；當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高，但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

（3）電網頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。

2 提高功率因數采取的措施

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

2.1 提高自然功率因數

提高自然功率因數主要是靠提高變壓器、電動機負載率，調整負荷結構，降低變壓器、電動機的空載和低載運行，使功率因數達到最佳。

2.2 并聯移相電容提高功率因數

由于公司實際生產工藝中沒有使用同步電動機，所以采用并聯移相電容器的方式進行功率因數補償。

2.3 補償方式的選擇

根據移相電容器在工廠供電系統中的裝設位置，有高壓集中補償、低壓成組補償和低壓分散補償三種方式。

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

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

（3）低壓成組補償是將移相電容器裝設在車間變電所的低壓母線上，這種補償方式能補償車間變電所低壓母線前的車間變電所主變壓器和廠內高壓配電線及前面電力系統的無功功率，其補償范圍較大。由于這種補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，比較經濟，而且它安裝在變電所低壓配電室內，運行維護方便。

綜合以上三種補償方式的優缺點，根據公司的實際情況，選擇了低壓成組補償方式。

2.4 補償容量的確定

對于車間變電所，安裝的容性無功量應等于裝置所在母線上的負載按提高功率因數所需補償的容性無功量與變壓器所需補償的容性無功量之和。

負載所需補償的裝置容量按式（1）考慮[2]：

式中：

Qc1——負荷所需補償的容性無功量，kvar；

P——母線上的平均有功負荷功率，kW；

?1——補償前的功率因數角；

?2——補償后的功率因數角。

變壓器所需補償的裝置容量按式（2）考慮：

式中:

Qc2——變壓器所需補償的容性無功量，kvar；

UK——變壓器阻抗電壓的百分數，%；

IO——變壓器空載電流的百分數，%；

Se——變壓器額定容量，kVA。

2.5 低壓成組補償設備的選擇

選擇補償設備，應在充分考慮安全性的同時，根據實際情況，從實用性、可靠性入手，將費效比最大化。一是投切方式的選擇:電容投切有兩種方式，人工投切和自動投切。人工投切對運行人員是件繁重的工作，且難以實現及時準確的操作，影響供電電壓質量。采用自動投切方式，通過自動跟蹤功率因數變化合理選擇電容組數，還能在功率因數超前時快速切除已投電容；在實際應用中，這種控制方式能滿足生產要求。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，最高過電壓為110%額定電壓，最高過電流是130%額定電流。

2.6 補償效果

一些主要電動機補償情況見表1。

表1 電動機功率因數補償

通過對供配電系統安裝并聯移相電容器組，向電網提供可階梯調節的容性無功，補償多余的感性無功，使實際功率因數提高到0.95以上；同時，設備利用率提高了10.4%，改善了供電質量，補償效果明顯。從節約電費角度分析，以線損為例，年用電量約為2.3×108kW·h，補償前線損率約為5%，補償后功率因數從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計算，可節約電費142.6×104元，加上電力系統功率因數獎100×104元，每年共計節約電費242.6×104元。

3 結束語

從以上對功率因數的分析和公司采取具體應對措施實際情況可以看出，提高功率因數對于降低損耗、節約電能具有明顯的效果，同時可以為企業帶來明顯的經濟效益。

[1]劉興源.電工實用手冊[M].北京：中國電力出版社,2006.

[2]王向臣.電網無功補償實用技術[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

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

2011-04-28）