陶瓷企業應重視無功補償的節能技術

馬漢章

摘 要：陶瓷行業是佛山地區的傳統知名行業，擁有數量眾多而且配套齊全的陶瓷生產企業，大部分陶瓷企業是高耗能的用電大戶。筆者通過對陶瓷企業專變電力用戶（以下簡稱陶瓷企業）無功補償設備實際管理運行情況調查以及實際用電數據進行分析，提出一個在佛山地區陶瓷企業普遍忽視的節能技術——無功補償技術。該技術成熟、可靠、投資回報效益高，但卻不受陶瓷企業自身關注，造成每年有較多的陶瓷企業長期或經常出現其配電系統功率因數不達標，需要支出大額的力調電費，俗稱“無功受罰”。總結出解決功率因數不達標情況不在于無功技術應用，而在于無功管理。

關鍵詞：陶瓷企業；無功補償；功率因數；力調電費；無功管理

1 引言

眾所周知，陶瓷企業是用能大戶，是能源密集型企業，在陶瓷企業日常生產中，大量使用油、氣、電等各樣能源，尤其是電能的消耗，因為陶瓷企業生產設備含有大量的電機，且很多電機是連續工作的，工作時負荷普遍很重，導致消耗大量的電能，如：球磨機等。因此，節省電能對于陶瓷企業來說意義重大。為此各陶瓷企業都不遺余力的對陶瓷生產設備投資進行節能改造，期望能獲得節能效益，提高自身產品競爭力。

筆者長期從事電力專變用戶配電技術改造與節能改造工作。通過廣為接觸陶瓷企業配電設備情況，以及收集其用電數據分析，發現佛山地區的陶瓷企業普遍忽視的節能技術——無功補償技術。該技術成熟、可靠、投資回報效益高，但卻不受陶瓷企業自身關注，造成每年有較多的陶瓷企業長期或經常出現其配電系統功率因數不達標，需要支出大額的力調電費（功率因數調整電費），俗稱“無功受罰”。當我們與陶瓷企業的電工、設備主管、廠長甚至是企業老板，談及需要重視無功補償，很多訪問對象的反應是“我們有無功補償設備，我們沒有問題”。當然，也有相當部分的訪問對象，尤其是企業中、高層，對此不太熟悉，盡管當前每月或經常出現大額的力調電費支出，但都從不關注，甚至我們為其指出問題所在，卻認為這樣的節能技術都是節能不省錢，忽悠人的事，使得陶瓷企業電耗大的問題一直沒有得到解決。

2 無功功率補償技術簡介

無功補償，也即無功功率補償，在電力供配電系統中起到提高系統的功率因數的作用。合理配置選擇補償裝置，可最大限度的降低供電系統傳送電力的損耗，提高供電效率，減少電壓壓降，改善電能質量。反之，如配置選擇或使用不當，可能造成供電系統損耗增大，以及電壓波動、諧波增大等問題。所以無功功率補償裝置在電力供配電系統中是一個不可缺少的非常重要的配電設備。對于陶瓷企業，目前廣為應用0.4kV的接觸器投切或晶閘管投切電容無功補償設備來進行無功補償。本文就此提出陶瓷企業在應用無功補償技術中出現的問題，并分析其合理的解決方法，指導陶瓷企業正確合理應用無功補償技術，真正做到節能增效的作用。

3 陶瓷企業電費的主要構成

通常陶瓷企業用電性質是大工業，按相關規定是執行兩部制電價，可以通過以下的等式簡單理解陶瓷企業每月總的電費構成。

每月應付電費=電度電費+基本電費+力調電費。

其中“電度電費”為陶瓷企業每月實際消耗的電量的費用；“基本電費”又叫容量費，按企業變壓器安裝容量計算。上述兩項是企業正常應該支付的費用。“力調電費”即為本文討論的重點，力調電費是根據企業實際功率因數來計算收取，如功率因數達標，可獲得0%～0.75%的電費獎勵返還；如功率因數不達標，則需要增收企業不同比例額度力調電費，俗稱“無功罰款”。

我們知道，供電部門是通過電能計量表讀數來判斷一個用戶的功率因數是否達標，達標與否可以理解為有功功率消耗值與無功功率消耗值的比值。供電部門總是希望用戶在正常消耗有功功率時，盡可能少的消耗無功功率，也即通過電能計量表計量的無功電度要少，如用戶消耗的無功功率偏多，則通過收取力調電費來彌補。所以在技術上通過在計量表后進行無功補償，減少從電網吸取無功功率即可以提高配電系統功率因數，減少或避免支出力調電費，減少電費支出，節省電費成本。

無功管理工作的實質是通過各種技術管理方法來減少或避免力調電費支出，甚至獲得力調電費獎勵返還，從而減少企業的電費支出。

4 陶瓷企業應用無功補償技術方面的問題

表1為2014年2月份筆者對佛山地區服務的陶瓷企業功率因數不達標情況進行統計的數據。因為每月各陶瓷企業的用電量是動態變化的，其中，2月份包含了農歷新年假期，通常陶瓷企業都會停機檢修，一般為年度用電量較少的月份，有一定的代表性。

通過表1簡單計算，分析了398戶陶瓷企業，其中，功率因數不達標的用戶數有116戶，不達標率為29%，功率因數不達標用戶合計支出24.6萬元力調電費（僅一個月）。特別是支出力調電費過萬的就有6戶，其6戶總的力調電費支出就高達10萬元（僅一個月）。由此，推算全年佛山全部陶瓷企業年總力調電費支出達200～300萬，而這些力調電費是可以通過合理的無功管理節省下來，直接變為企業的利潤。

5 影響功率因數達標的因素

筆者繼續結合用電數據與實際現場應用來分析產生力調電費支出的原因。根據筆者的經驗，影響功率因數不達標的原因有計量方式、用電量、用電是否較平穩、補償設備是否合理、補償設備損壞后有否盡快修復等方面。通常出現功率因數不達標，主要是上述某一因素或多個因素共同作用導致的。

5.1 計量方式因素

配電專變用戶計量方式有三種，分別為高供高計、高供低計與低供低計。陶瓷企業是用電大戶，通常只有高供高計與高供低計方式。根據供電規則，高供低計方式有一個規定變損值，而且該變損值中的無功變損值比有功變損值大得多，所以采用高供低計的陶瓷企業，如月用電量太少，少于某一計算最小值，盡管無功補償設備等都很好，但依然會出現功率因數不達標，需要支出力調電費的情況。高供高計方式則理論上可以通過無功補償技術與無功管理來避免功率因數不達標情況，而不用考慮用電量的多寡及其他影響因素。

5.2 用電量因素

一個配電專變用戶，當他因素都確定后，用電量偏少或用電量過多都對功率因數有影響。其中，用電量偏少的影響程度要嚴重一些，因為無功補償設備多數是通過監測配電系統電流的大小來響應投切的，是有一定的觸發閥值，如果電流太少或者說用電太少，此時也需要一定的無功補償，但補償設備會出現不動作情況，即不補償。

我們有一個最少用電量的經驗值。即高供高計，月用電量數值為變壓器安裝容量的10倍；高供低計，月用電量數值為變壓器安裝容量的40倍，定義為最少用電量。如用戶月用電量接近或低于該值，通常很容易出現功率因數不達標。

5.3 用電是否較平穩因素

與用電量因素原因類似，補償設備除了有一個響應閥值外，還有一個響應時間。通常希望用電平穩，如經常有沖擊電流，用電波動很大，則補償設備也會因響應時間問題，在需要補償無功時不投入動作，在需要切除過多無功時不能及時切除補償。

5.4 補償設備是否合理因素

補償設備是否合理包含補償設備類型選型是否正確與補償設備容量是否足夠兩方面。這通常需要專業的技術人員來評估。

5.5 補償設備老化損壞后有否盡快修復因素

補償設備相對其他配電設備來說是較為容易老化或損壞的，如老化或損壞后不能及時修復，就如“補償設備容量是否足夠”一樣，當有電容老化損壞，當然補償容量就不足，不足就影響導致功率因數不達標。

6 通過實例解釋產生力調電費支出的原因與改善方法

6.1 高供低計用戶，用電量不足

表2為三水某陶瓷企業2月的用電數據，是典型的高供低計，用電量不足導致產生力調電費支出的情況。

由表2可知，三水某陶瓷企業用戶變壓器安裝容量為1000kVA，高供低計，有功用電為4913 kW·h，抄見有功用電為1926 kW· h，有功變損為2987 kW·h，無功用電為23292kvar·h，抄見無功用電為7371kvar·h，無功變損為15921 kvar·h。

有功用電量為4913kW·h，相對1000kVA的變壓器安裝容量，用電量嚴重偏少，出現俗稱“大馬拉小車”的情況。加上計量方式為高供低計，無功用電為23292kvar·h中無功變損就有15921 kvar·h，抄見實際無功用電僅7371kvar·h。

不過，進一步分析，即使排除變損，該用戶抄見有功用電為1926 kW·h，抄見無功用電為7371kvar·h，其無功用電也偏多。判斷為用電量偏少，導致無功補償設備多數時不響應動作，或者是無功補償設備配置的電容步長太大。

改善方法：通過預計用電少的月份，提前加裝一個變比為原配置1/2～2/3的無功補償采樣互感器，同時，把無功補償設備中的電容步長再分細一些，即提高補償精度，以期在用電量少時，還可以更多時間投入更多的電容來減少無功消耗。但切記預計恢復大功率用電前恢復原來變比的無功補償采樣互感器，避免導致無功補償控制器過流損壞。

如用戶配置的是動態補償，則把動態響應時間設定成最小值。

該用戶為極端用電量偏少，在如此少用電量下的高供低計，是基本無辦法解決力調電費支出問題。通常高供低計用戶多半是2006年以前投產的用戶，如該用戶投產年限更早，則建議在合適時，把計量方式由高供低計方式改造成高供高計方式。

6.2 高供高計用戶，用電量不足

表3為南海某陶瓷企業2月的用電數據，是典型的高供高計，用電量不足導致產生力調電費支出的情況。

由表3可知，該用戶變壓器安裝容量為1250kVA，高供高計，盡管有功用電為23500kW·h，超過我們經驗最小的12500 kW·h值，通常1250kVA變壓器經濟月用電量應大于10萬kW·h，如此少用電量，也是“大馬拉小車”情況。

判斷為用電量偏少，導致無功補償設備多數時不響應動作，或者是無功補償設備配置的電容步長太大，也有部分原因是無功補償設備老化或損壞，導致無功補償不足。

改善方法：通過預計用電少的月份，提前加裝一個變比為原配置1/2～2/3的無功補償采樣互感器，同時，把無功補償設備中的電容步長再分細一些，即提高補償精度。但切記預計恢復大功率用電前恢復原來變比的無功補償采樣互感器，避免導致無功補償控制器過流損壞。

如用戶配置的是動態補償，則把動態響應時間設定成最小值。或者直接加裝一套變壓器空載（輕載）補償設備。筆者所在單位曾為佛山地區超過300多個配電用戶安裝變壓器空載（輕載）補償設備，統計總有效率達95%以上，為絕大部分受季節性生產、長假期、投產初期、轉產等影響用電量偏少導致功率因數不達標，產生大額力調電費支出的用戶大幅度減少或避免力調電費的發生。

通過上述無功優化改造，預計同等用電情況下，功率因數可以達到0.95以上，獲得大約300元的力調電費獎勵，與之前需要力調電費支出5798元，差額為6000元。即通過投資改造，該用戶在同比用電大致相同下，一個月即可直接節省6000元電費支出。

6.3 高供高計用戶，用電量足，補償設備老化損壞

表4為三水某陶瓷企業2月的用電數據，是典型的高供高計，用電量足，但補償設備老化損壞導致產生力調電費支出的情況。

由表4可知，該用戶變壓器安裝容量為3500kVA，高供高計，有功用電高達54萬kW·h，雖遠超過我們經驗最小的14萬 kW·h值，但最終功率因數也不達標。

判斷補償設備老化損壞，導致無功補償不足，功率因數不達標。

改善方法：及時檢查配電無功補償設備，更換老化損壞的支路，同時，再增加補償容量至變壓器的60%容量。如發現電容異常過早損壞，則還需要用電能質量測試儀進行諧波測量，證實是諧波超標則應配置無功補償兼諧波治理裝置。因為通常陶瓷企業為節能減排，會為大量電機安裝變頻設備，加裝大量變頻設備后，會導致配電系統諧波含量超標，而普通的電容無功補償設備是諧波敏感設備，即很容易受到諧波超標產生電容諧振，使補償電容異常發熱，過早損壞。屆時用戶有可能出現電容異常過早損壞，出現大額力調電費支出，不得已又投資修復電容，又再出現電容異常過早損壞的無限循環的情況。

6.4 高供高計用戶，用電量足，但補償設備逐漸老化損壞

表5為三水某陶瓷企業最近一年的用電數據，通過該一年的用電數據分析，可以很清楚的看到用戶用電量、功率因數一年來的變化情況。

由表5可知，該用戶生產情況正常，反映到月用電量表現為較平穩，月波動不大，但看功率因數數據，很明顯該用戶關于無功管理方面工作十分不到位。

該用戶全年用電量為137萬kW·h，年總電費支出949萬元，其中，力調電費支出4.9萬元。僅2014年1月、2月受元旦、農歷新年假期影響用電有所下降。但月功率因數則由2013年3月的0.95一直下降到2014年2月的0.84，與之相隨的是力調電費由原來的獲得5000元獎勵，到不獎不罰，再到下半年需要支出力調電費，最高月支出力調電費11926元。

判斷補償設備不斷老化損壞，而用戶自身沒有及時關注無功補償問題的變化，沒有及時修復受損的補償設備，導致最后補償容量不足，功率因數不達標。根據經驗，如不再采取措施，在大致的用電情況下，無功補償設備的損壞情況會繼續惡化，功率因數會繼續下降，該陶瓷企業每月要支出的力調電費將會更多。也即接下來的月份，如不處理，會一直“無功受罰”下去。

改善方法：及時檢查配電無功補償設備，更換老化損壞的支路，恢復原補償容量。后應建立無功管理制度，每月監控功率因數變化情況，一旦發現功率因數下降至接近0.9，則及時檢查配電無功補償設備，即時更換損壞的支路，長期保持足夠的補償容量。

如：在2013年7月時，用戶能主動發現功率因數已經到達合格臨界值（0.9），隨即進行無功優化改造，預計同等用電情況下，后續月份的功率因數都可以達到0.95以上，測算共可獲得大約36400元的力調電費獎勵，與之前需要力調電費支出49421元，差額為85821元。即通過投資改造，該用戶同比用電下，全年同比可直接節省8.5萬元電費支出。

上述列舉的例子只是一些典型的個案，但任何企業配電系統、任何用電方式、任何無功補償方式，任何無功優化改造方案等都有一定的適用范圍，實際每個用戶的情況都不盡相同，很難一一羅列對應。但每種問題的出現，均有相應的方法解決。大部分的無功優化改造經濟效益都十分顯著，改造所需要的投資，往往不到1年，甚至只需要幾個月或一個月即可通過節省的力調電費支出來回收。

7 結語

實踐證明，要保證所有的用電企業完全避免出現功率因數不達標的情況是不可能的，但我們可以做到盡量減少或避免支出力調電費的發生，減少本不必要支出的成本。所有陶瓷企業僅需要在目前的基礎上重視與建立無功管理，設置專責人員每月監控企業自身月度功率因數變化，做到一旦出現功率因數下降到臨界值或不達標情況，能盡早發現，盡早分析，盡早解決。使無功補償技術真正為陶瓷企業帶來經濟效益，降本增效。

參考文獻

[1] 王恒.大電力用戶無功補償存在問題分析及解決辦法[C].全國電力系統無功/電壓技術交流研討會論文集， 2006.

[2] 關于頒發《功率因數調整電費辦法》的通知[Z].北京：水利電力部，國家物價局，1983.

6.4 高供高計用戶，用電量足，但補償設備逐漸老化損壞

表5為三水某陶瓷企業最近一年的用電數據，通過該一年的用電數據分析，可以很清楚的看到用戶用電量、功率因數一年來的變化情況。

由表5可知，該用戶生產情況正常，反映到月用電量表現為較平穩，月波動不大，但看功率因數數據，很明顯該用戶關于無功管理方面工作十分不到位。

該用戶全年用電量為137萬kW·h，年總電費支出949萬元，其中，力調電費支出4.9萬元。僅2014年1月、2月受元旦、農歷新年假期影響用電有所下降。但月功率因數則由2013年3月的0.95一直下降到2014年2月的0.84，與之相隨的是力調電費由原來的獲得5000元獎勵，到不獎不罰，再到下半年需要支出力調電費，最高月支出力調電費11926元。

判斷補償設備不斷老化損壞，而用戶自身沒有及時關注無功補償問題的變化，沒有及時修復受損的補償設備，導致最后補償容量不足，功率因數不達標。根據經驗，如不再采取措施，在大致的用電情況下，無功補償設備的損壞情況會繼續惡化，功率因數會繼續下降，該陶瓷企業每月要支出的力調電費將會更多。也即接下來的月份，如不處理，會一直“無功受罰”下去。

改善方法：及時檢查配電無功補償設備，更換老化損壞的支路，恢復原補償容量。后應建立無功管理制度，每月監控功率因數變化情況，一旦發現功率因數下降至接近0.9，則及時檢查配電無功補償設備，即時更換損壞的支路，長期保持足夠的補償容量。

如：在2013年7月時，用戶能主動發現功率因數已經到達合格臨界值（0.9），隨即進行無功優化改造，預計同等用電情況下，后續月份的功率因數都可以達到0.95以上，測算共可獲得大約36400元的力調電費獎勵，與之前需要力調電費支出49421元，差額為85821元。即通過投資改造，該用戶同比用電下，全年同比可直接節省8.5萬元電費支出。

上述列舉的例子只是一些典型的個案，但任何企業配電系統、任何用電方式、任何無功補償方式，任何無功優化改造方案等都有一定的適用范圍，實際每個用戶的情況都不盡相同，很難一一羅列對應。但每種問題的出現，均有相應的方法解決。大部分的無功優化改造經濟效益都十分顯著，改造所需要的投資，往往不到1年，甚至只需要幾個月或一個月即可通過節省的力調電費支出來回收。

7 結語

實踐證明，要保證所有的用電企業完全避免出現功率因數不達標的情況是不可能的，但我們可以做到盡量減少或避免支出力調電費的發生，減少本不必要支出的成本。所有陶瓷企業僅需要在目前的基礎上重視與建立無功管理，設置專責人員每月監控企業自身月度功率因數變化，做到一旦出現功率因數下降到臨界值或不達標情況，能盡早發現，盡早分析，盡早解決。使無功補償技術真正為陶瓷企業帶來經濟效益，降本增效。

參考文獻

[1] 王恒.大電力用戶無功補償存在問題分析及解決辦法[C].全國電力系統無功/電壓技術交流研討會論文集， 2006.

[2] 關于頒發《功率因數調整電費辦法》的通知[Z].北京：水利電力部，國家物價局，1983.

6.4 高供高計用戶，用電量足，但補償設備逐漸老化損壞

表5為三水某陶瓷企業最近一年的用電數據，通過該一年的用電數據分析，可以很清楚的看到用戶用電量、功率因數一年來的變化情況。

由表5可知，該用戶生產情況正常，反映到月用電量表現為較平穩，月波動不大，但看功率因數數據，很明顯該用戶關于無功管理方面工作十分不到位。

該用戶全年用電量為137萬kW·h，年總電費支出949萬元，其中，力調電費支出4.9萬元。僅2014年1月、2月受元旦、農歷新年假期影響用電有所下降。但月功率因數則由2013年3月的0.95一直下降到2014年2月的0.84，與之相隨的是力調電費由原來的獲得5000元獎勵，到不獎不罰，再到下半年需要支出力調電費，最高月支出力調電費11926元。

判斷補償設備不斷老化損壞，而用戶自身沒有及時關注無功補償問題的變化，沒有及時修復受損的補償設備，導致最后補償容量不足，功率因數不達標。根據經驗，如不再采取措施，在大致的用電情況下，無功補償設備的損壞情況會繼續惡化，功率因數會繼續下降，該陶瓷企業每月要支出的力調電費將會更多。也即接下來的月份，如不處理，會一直“無功受罰”下去。

改善方法：及時檢查配電無功補償設備，更換老化損壞的支路，恢復原補償容量。后應建立無功管理制度，每月監控功率因數變化情況，一旦發現功率因數下降至接近0.9，則及時檢查配電無功補償設備，即時更換損壞的支路，長期保持足夠的補償容量。

如：在2013年7月時，用戶能主動發現功率因數已經到達合格臨界值（0.9），隨即進行無功優化改造，預計同等用電情況下，后續月份的功率因數都可以達到0.95以上，測算共可獲得大約36400元的力調電費獎勵，與之前需要力調電費支出49421元，差額為85821元。即通過投資改造，該用戶同比用電下，全年同比可直接節省8.5萬元電費支出。

上述列舉的例子只是一些典型的個案，但任何企業配電系統、任何用電方式、任何無功補償方式，任何無功優化改造方案等都有一定的適用范圍，實際每個用戶的情況都不盡相同，很難一一羅列對應。但每種問題的出現，均有相應的方法解決。大部分的無功優化改造經濟效益都十分顯著，改造所需要的投資，往往不到1年，甚至只需要幾個月或一個月即可通過節省的力調電費支出來回收。

7 結語

實踐證明，要保證所有的用電企業完全避免出現功率因數不達標的情況是不可能的，但我們可以做到盡量減少或避免支出力調電費的發生，減少本不必要支出的成本。所有陶瓷企業僅需要在目前的基礎上重視與建立無功管理，設置專責人員每月監控企業自身月度功率因數變化，做到一旦出現功率因數下降到臨界值或不達標情況，能盡早發現，盡早分析，盡早解決。使無功補償技術真正為陶瓷企業帶來經濟效益，降本增效。

參考文獻

[1] 王恒.大電力用戶無功補償存在問題分析及解決辦法[C].全國電力系統無功/電壓技術交流研討會論文集， 2006.

[2] 關于頒發《功率因數調整電費辦法》的通知[Z].北京：水利電力部，國家物價局，1983.