王生偉

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009)

0 引言

無功功率補(bǔ)償對電力系統(tǒng)和工廠企業(yè)意義重大，合理選擇補(bǔ)償裝置，能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低輸電線路和供電變壓器的損耗，改善供電質(zhì)量，提高供電效率。如選擇和使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)，高次諧波增大等問題，有些工廠經(jīng)常會(huì)遇到無功欠補(bǔ)償問題。

下面從無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)失誤、補(bǔ)償裝置故障、生產(chǎn)用電管理不善等原因造成的無功欠補(bǔ)償做出分析。

1 無功補(bǔ)償簡介

無功功率補(bǔ)償，俗稱無功補(bǔ)償，供電部門一般要求高壓用戶(10 kV電壓等級(jí)及以上)月平均功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，低壓用戶月平均功率因數(shù)達(dá)到0.90以上，當(dāng)用戶的自然總功率因數(shù)較低，僅靠提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)不能達(dá)到要求時(shí)，需要裝設(shè)人工無功功率補(bǔ)償裝置，來提高用戶的功率因數(shù)。

如果不采用無功補(bǔ)償來提高其功率因數(shù)，將造成如下不良影響:

1)降低供電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的輸出功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的有功輸出降低，降低了輸變電設(shè)施的供電能力;

2)使電力網(wǎng)絡(luò)損耗增加;

3)功率因數(shù)越低，線路的電壓降越大，用電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境越惡劣。

無功功率補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中處于一個(gè)不可缺少的位置，合理選擇補(bǔ)償裝置，能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低輸送線路和供電變壓器的損耗，改善供電質(zhì)量，提高供電效率。如選擇和使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)，高次諧波增大等問題。

電網(wǎng)中常用的無功補(bǔ)償方法包括:同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償法;并聯(lián)電容器補(bǔ)償法。其中并聯(lián)電容器補(bǔ)償法具有投資省，有功功率損耗小，運(yùn)行和維護(hù)方便，故障范圍小等優(yōu)點(diǎn)，因此在供配電系統(tǒng)應(yīng)用較廣泛。

以并聯(lián)電容器的安裝位置來區(qū)分的補(bǔ)償方式主要有以下三種:

1)集中補(bǔ)償:在負(fù)荷較大且功率因數(shù)較低的變配電所高壓母線上集中安裝電容器;

2)分組補(bǔ)償:在配電變壓器低壓母線上和用戶車間配電屏處安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器;

3)就地補(bǔ)償:在容量較大且功率因數(shù)較低的經(jīng)常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)旁安裝并聯(lián)電容器，同電動(dòng)機(jī)共用一組開關(guān)。

這三種補(bǔ)償方式各有各的特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定使用場合。

2 并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的選擇

并聯(lián)電容器補(bǔ)償設(shè)備為防止過補(bǔ)和欠補(bǔ)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小及電壓的波動(dòng)進(jìn)行投切，投切方式可采用手動(dòng)或自動(dòng)方式。手動(dòng)投切方式適用于穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)荷、總降壓變電所的集中補(bǔ)償電容器組、就地補(bǔ)償裝置等。自動(dòng)投切方式適用于負(fù)荷變化明顯的環(huán)境，可以避免過補(bǔ)償，避免在輕載時(shí)電壓過高。在采用高、低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置效果一樣時(shí)，宜采用低壓補(bǔ)償。

無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié)方式，根據(jù)無功補(bǔ)償控制器采樣方式的不同可以分為功率因數(shù)型、無功功率型、無功電壓型。

以節(jié)能為主的補(bǔ)償，宜采用無功功率參數(shù)調(diào)節(jié)，當(dāng)三者相平衡時(shí)，可采用功率因數(shù)型，以改善電壓偏差為主的補(bǔ)償，應(yīng)選用電壓參數(shù)調(diào)節(jié)，三者不平衡時(shí)，可采用分相補(bǔ)償。目前，國產(chǎn)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制器與國外同類產(chǎn)品相比質(zhì)量差距較大，主要是動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較慢，其次補(bǔ)償功率不能一步到位，沖擊電流過大，容易造成系統(tǒng)特性漂移。

電容器分組時(shí)，應(yīng)該滿足下列要求:

1)電容器投切時(shí)不能產(chǎn)生諧振;

2)適當(dāng)減少分組數(shù)量及加大分組的容量;

3)應(yīng)與配套設(shè)備的技術(shù)參數(shù)相適應(yīng);

4)滿足電壓偏差的允許范圍。

3 無功補(bǔ)償欠補(bǔ)問題分析

在我們的日常生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到無功補(bǔ)償欠補(bǔ)問題，用戶無功補(bǔ)償達(dá)不到供電部門要求，對電網(wǎng)供電質(zhì)量造成不良影響，用戶本身也將造成損失，最直接的損失就是供電部門的罰款，造成無功欠補(bǔ)償?shù)脑蚴嵌喾矫娴?，下面從無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)失誤、補(bǔ)償裝置故障及生產(chǎn)用電管理不善等方面做出分析。

首先，從設(shè)計(jì)方面分析造成欠補(bǔ)償?shù)脑?，主要還是因?yàn)橛?jì)算補(bǔ)償容量不足導(dǎo)致的，補(bǔ)償容量QC按式(1)確定:

其中，tgφ1，tgφ2分別為補(bǔ)償前、后功率因數(shù)角正切值;PC為企業(yè)的計(jì)算有功功率。

由式(1)可以看出，補(bǔ)償量的大小與企業(yè)的計(jì)算有功功率，及補(bǔ)償前企業(yè)的自然功率因數(shù)有關(guān)，因此計(jì)算有功功率和自然功率因數(shù)成了計(jì)算補(bǔ)償量的關(guān)鍵，也正是因?yàn)橐陨蟽烧叩挠?jì)算偏差太大，導(dǎo)致補(bǔ)償容量QC不足，大部分電氣設(shè)計(jì)人員在從事設(shè)計(jì)時(shí)很少和工藝人員溝通，這是造成設(shè)計(jì)失誤的主要原因，舉個(gè)例子，工藝人員提資中有20臺(tái)數(shù)控車床，安裝容量55 kW/臺(tái)，安裝容量中未給出每臺(tái)車床由幾部電機(jī)組成，設(shè)計(jì)人員也不進(jìn)一步了解情況，本來是由多個(gè)小電機(jī)組成，設(shè)計(jì)人員按一臺(tái)55 kW電機(jī)設(shè)計(jì)，這時(shí)在設(shè)備自然功率因數(shù)選取上已經(jīng)犯了一個(gè)錯(cuò)誤，還有部分人員不能做到因地制宜，一味的根據(jù)設(shè)計(jì)手冊上的參考數(shù)據(jù)取值，其實(shí)手冊上有些數(shù)據(jù)是20世紀(jì)70年代引進(jìn)蘇聯(lián)至今未做修改的，有些是過時(shí)的，20世紀(jì)生產(chǎn)車間能看到的數(shù)控車床屈指可數(shù)，而現(xiàn)在大不相同，有的生產(chǎn)車間全是數(shù)控床，這時(shí)候還是取很低的同時(shí)系數(shù)，計(jì)算有功偏小，結(jié)果在計(jì)算補(bǔ)償容量QC時(shí)肯定偏小。還有設(shè)計(jì)人員不管用電負(fù)荷是什么類型，也不計(jì)算，籠統(tǒng)的選取補(bǔ)償量為變壓器容量的30%，其實(shí)很多機(jī)加工類場所是不夠的，這也是設(shè)計(jì)階段導(dǎo)致補(bǔ)償不足的一大因素。

其次，無功補(bǔ)償裝置故障，導(dǎo)致無功補(bǔ)償不能投入，無功補(bǔ)償設(shè)備衰減，導(dǎo)致補(bǔ)償量不足，無功補(bǔ)償裝置不能及時(shí)跟蹤負(fù)載變化，這些都是導(dǎo)致欠補(bǔ)償?shù)脑颉?/p>

企業(yè)投產(chǎn)初期，用電設(shè)備運(yùn)行一般都比較正常，隨著時(shí)間的推移，有些設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損，有些用戶平時(shí)也沒有固定的維護(hù)人員，在供電部門提出罰款時(shí)才發(fā)現(xiàn)了無功補(bǔ)償不足問題。其實(shí)有時(shí)候問題還是很好解決的，檢查是否有電容器損壞，及時(shí)更換破損元件，電容器外熔斷器是否發(fā)生熔斷，接觸器是否有燒焦現(xiàn)象，很多問題都是可以肉眼發(fā)現(xiàn)的。電容器使用后期它的容量是會(huì)降低的，因此要定期的更換電容器，切記電氣設(shè)備也是有壽命的，日常維護(hù)是必不可少的。

生產(chǎn)用電管理不善也是導(dǎo)致欠補(bǔ)償?shù)囊环矫嬉蛩?，也是最難查找無功補(bǔ)償不足的地方，有些企業(yè)一旦遇上欠補(bǔ)償首先考慮的是不是補(bǔ)償量不夠，在不調(diào)查原因的情況下就增設(shè)補(bǔ)償柜，最后還會(huì)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償不足，這時(shí)候就懷疑補(bǔ)償裝置的質(zhì)量問題，查來查去也沒查出結(jié)果。曾經(jīng)遇到過一家企業(yè)，有一個(gè)聯(lián)合廠房在投產(chǎn)初期就發(fā)現(xiàn)無功補(bǔ)償不夠，核實(shí)工程設(shè)計(jì)圖紙補(bǔ)償量計(jì)算沒問題，補(bǔ)償裝置質(zhì)量檢測沒問題，結(jié)果問題就出在用戶生產(chǎn)管理上，一進(jìn)廠房就能看見工人在聊天、打撲克，關(guān)鍵的問題是好多設(shè)備還都在空轉(zhuǎn)，還有就是這個(gè)聯(lián)合廠房里的設(shè)備全都是舊設(shè)備，生產(chǎn)產(chǎn)品種類現(xiàn)在改變了，以前生產(chǎn)大件，現(xiàn)在變小件加工了，好多設(shè)備處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)載率低的都不到0.4，大馬拉小車現(xiàn)象非常明顯，正是因?yàn)樵撥囬g生產(chǎn)中經(jīng)常輕載、空載導(dǎo)致無功欠補(bǔ)償。

舉個(gè)例子說明大馬拉小車及電機(jī)空載運(yùn)行對無功的影響。

現(xiàn)有75 kW電機(jī)一臺(tái)，額定電流為140.1 A，空載電流約為該電機(jī)額定電流的15%～20%左右，如果該電機(jī)直接連接有設(shè)備，則空載電流約為額定電流的25%～35%。表1中取空載電流為額定電流的35%。

電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率與無功補(bǔ)償量的關(guān)系如表1所示。

表1 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率與無功補(bǔ)償量的關(guān)系

由表1可以清晰的看出輕載、空載對無功補(bǔ)償?shù)挠绊戇€是很大的，因此企業(yè)應(yīng)盡可能避免大馬拉小車現(xiàn)象，杜絕電機(jī)長時(shí)間空載運(yùn)行。

[1] JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50227-2008，并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].