橋梁工程施工用電功率因數的提高方法

王紅民

（中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 概述

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

2 功率因數簡介

大多用電設備都是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機、電焊機等，它們都是靠建立交變磁場進行能量交換和傳遞的。為建立交變磁場和感應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。

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（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的平方成反比）。

3 提高功率因數的意義

提高功率因數對用電設備的安全經濟運行有著重要的意義[1]：

3.1 可以充分利用供電設備的容量，使同樣的供電設備為更多的設備供電；

3.2 節約電能，降低用電成本，減少電費開支；

3.3 提高用電質量，改善設備運行條件，保證設備在正常條件下工作，有利于安全生產。

《供電營業規則》中規定：施工用電標準功率因數為0.85，若實際功率因數低于0.85，就按當月電費總和的百分比進行懲罰；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 提高功率因數的方法

4.1 提高自然功率因數：

據統計，企業無功功率消耗，一般感應電動機占70%，變壓器占20%，線路占10%[2]。可知，提高功率因數有下列幾種方法：

4.1.1 選擇合適的電動機容量，減少電動機無功消耗，防止“大馬拉小車”。運行電動機的負荷一般要求達到額定容量的 70%以上，才是經濟的。對于平均負荷小于其額定容量40%的電動機，更換小容量的電動機，或將線圈改為三角形接法（或自動轉換）。

4.1.2 避免電機或設備空載運行。電動機空載運行時，

4.1.3 提高電動機的檢修質量，防止間隙加大。

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

4.1.5 調整生產班次，均衡用電負荷，提高用電負荷率。

4.1.6 改善電線布局，避免曲折迂回等。

4.2 并聯電容器補償：在感性負載上并聯電容器，用并聯電容器的無功功率來補償感性負載的無功功率，從而減少甚至消除負載與電源之間原有的能量交換。其優點具有投資少，有功功率損耗小，運行維護方便，故障范圍小等，很適合在施工現場使用。

并聯電容器補償容量的計算公式[3]：

式中：錯誤！未找到引用源。——需要補償的無功容量，Kvar；

錯誤！未找到引用源。——用電設備的平均有功功率，kW；

錯誤！未找到引用源。、錯誤！未找到引用源。——為補償前、后計算負荷功率因數角的正切值。

并聯電容器的補償方式可分為如下三種：

圖二 并聯電容器安裝方式

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

4.2.2 分組補償：把并聯電容器安裝在施工現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 就地補償：對于容量較大，經常運轉的低壓用電設備，采用低壓并聯電容器對單臺設備進行補償。如圖二中C3 部分。在施工現場，電容器安裝于功率較大的異步電動機旁，并同電動機共用一個開關。電動機采用無功功率就地補償技術具有很多優點[1]，可以節約有功電量8%～15%，節約無功功率50%～80%；還能夠減少線路輸送電流15%～30%，達到進一步節約線路損耗和變壓器損耗的目的。

并聯電容器補償也要防止過補和欠補，應隨負荷或電壓的變動進行投切，投切方式有手動投切和自動投切補償，因施工現場負荷變動比較頻繁，且為防止過補償，應選擇自動投切方式。

4.3 同步電動機補償：當條件適當時，可利用同步電動機過勵磁超前運行，以補償系統的感性無功功率，但由于同步電動機價格較貴，控制設備復雜，施工現場很少使用，所以在此不做詳細探討。

5 橋梁工程施工用電提高功率因數應注意的問題

5.1 橋梁工程與其他工程施工相比有去自身的特點：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作較多數量的鉆機和電焊機（加工鋼筋籠等），鉆機多由異步電動機提供動力，所以是橋梁施工用電負荷中最大的時期；鉆孔樁施工結束后，用電負荷會大幅減少；主體工程完工以后進入收尾階段，基本沒有大的用電負荷，因此要根據用電負荷及時調整更換變壓器，減少低負荷運行和避免空載運行，以便提高自然功率因數，減少損耗，節約電能。

5.2 如果無功補償的裝置本身會產生諧波，或當網絡有諧波源影響到電容器安全運行時，也必須與電容器串聯一個電抗器。其感抗值的選擇應該在可能產生的任何諧波下，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 為補償電容器的工頻容抗，，Ω；K 為可靠系數，一般取1.2～1.5n；n 為可能產生的最低諧波次數，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放電裝置放電，但仍有可能存在殘存電荷，尤其是電容器內部，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 選用電容器時應提出訂貨的特殊要求，要求電容器標稱電壓比原來提高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，減少了電容器的事故率。

6 結束語

近年來國家在大力提倡節能減排，而提高用電設備的功率因數，是節能工作的一項重要措施。通過無功補償技術提高用電的功率因數，用電單位降低用電成本，提高用電設備的使用壽命及安全運行都是很顯著的。確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節約電能的目的。

[1]《鋼鐵企業電力設計手冊》（上冊），治金工業出版社

[2]《工業與民用配電設計手冊》第三版，中國電力出版社

[3]《電氣傳動自動化技術手冊》 第3 版，機械工業出版社

[4] GB50227－2008《并聯電容器裝置設計規范》