楊勇

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司第七設(shè)計研究院，廣東深圳 518133）

芻議如何提高水廠配電系統(tǒng)無功補償實效性

楊勇

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司第七設(shè)計研究院，廣東深圳 518133）

管理水廠的功率因數(shù)，其根本目的就在于使電力部門電能質(zhì)量的迫切要求得到滿足，有效減少設(shè)備無功損耗，進而使電耗成本有效降低。提升水廠的實際功率因數(shù)，不但能夠使供電設(shè)備所具備的生產(chǎn)能力得到顯著提高，降低線路的損失，提升電壓質(zhì)量，而且還能有效改善用電設(shè)備的實際工作效率，并節(jié)約電能，能夠帶來巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。

水廠配電系統(tǒng)；功率補償；實效性

當(dāng)前，我國供水企業(yè)中，自來水供應(yīng)中所產(chǎn)生的成本主要來源于自來水生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的電耗，尤其是山地類型的城市在供水過程中的實際能耗非常大。對水廠功率因數(shù)進行管理實際上就是對用電設(shè)備的實際功率因數(shù)進行監(jiān)控，保證負荷功率因數(shù)在能夠滿足電力部門要求的情況下，對補償裝置進行及時的調(diào)整，以提升設(shè)備的整體利用效率，進而使輸變電線路中的實際損耗減小，降低能耗。

1 對水廠功率因數(shù)產(chǎn)生影響的主要因素

（1）在水廠設(shè)備的選用中，導(dǎo)致無功功率損耗產(chǎn)生的最為重要的感性設(shè)備就是大范圍使用的變壓器以及異步電動機。

（2）供電電壓的實際波動超過規(guī)定范圍。在供電電壓超出規(guī)定額定值的10%的情況下，因為受到磁路飽和情況的影響，會導(dǎo)致無功功率迅速的增加。根據(jù)相關(guān)資料顯示，在供電電壓的實際值是規(guī)定額定值的110%的情況下，通常情況下無功功率將會提升35%左右。在供電電壓低于規(guī)定額定值的情況下，無功功率會出現(xiàn)降低的情況，同時其功率因數(shù)會有相應(yīng)的提升，但是電壓方面的降低會直接對電氣設(shè)備的正常運行產(chǎn)生影響。因此，要積極采取相應(yīng)的措施保證電力系統(tǒng)在整體的供電過程中電壓盡量維持穩(wěn)定。

（3）變頻器能夠?qū)β室驍?shù)產(chǎn)生影響。在變頻器的實際工作過程中，會伴生很多的高次諧波，這些高次諧波不但能夠?qū)τ秒娫O(shè)備的自身耐壓性造成很大的威脅，還能夠消耗很多無用功率，導(dǎo)致功率因數(shù)的下降，甚至能夠?qū)е轮車碾娏υO(shè)備不能正常的運行。

2 對功率因數(shù)進行管理的價值

（1）對功率因數(shù)進行管理能夠使電力系統(tǒng)功率因數(shù)的實際檢測要求得到滿足。以用電設(shè)備所表現(xiàn)出來的功率因數(shù)為基礎(chǔ)，能夠計算出輸電線路的實際電損。通過現(xiàn)場所進行的技術(shù)方面的改造，能夠有效地用比所規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)還要低的功率因素達到標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)節(jié)能。

（2）對功率因數(shù)進行管理能夠使電力損失以及線損有效降低。在一般情況下，從不同類型的線路與負荷情況出發(fā)，企業(yè)動力配線的實際電力損耗在3%～4%之間，在通過電容手段使功率因數(shù)得到提升以后，總電流量減小，能夠使線路損耗以及變壓器銅耗有效降低。因為線路在電流傳送時變小了，配電系統(tǒng)中線路電壓方面的損失就會降低，對系統(tǒng)電壓的整體穩(wěn)定性有積極影響，極大的有利于大電機的正常啟動。

（3）對功率因數(shù)進行管理能夠使設(shè)備的壽命有效延長。在對功率因數(shù)進行改善后，線路的總電流會相應(yīng)降低，造成接近或者說已經(jīng)飽和的開關(guān)等各種電力設(shè)備以及線路的實際負荷值減小，所以能夠通過降低溫升來增加設(shè)備的使用壽命。

（4）對功率因數(shù)進行管理能夠使供電設(shè)備的實際設(shè)計容量降低，減少投資。針對現(xiàn)狀存在的供電設(shè)備而言，在相同的有功功率條件下，cosφ增加，負荷電流就會相應(yīng)減小，所以負荷功率在傳輸過程中所經(jīng)過的配電設(shè)備如變壓器、導(dǎo)線以及開關(guān)等都能夠使功率儲備提升，充分發(fā)掘了設(shè)備的潛力。針對新建設(shè)的工程項目而言，變壓器容量的降低能夠有效降低項目的投資費用以及項目運行后執(zhí)行的基本電費水平。

（5）對功率因數(shù)進行管理能夠使水廠電費支出有效減低。通過無功補償?shù)姆椒ㄌ嵘β室驍?shù)方面的節(jié)能主要分為兩個方面，即能耗節(jié)約以及功率獎勵。用戶的實際功率因數(shù)以0.9作為基礎(chǔ)，把功率因數(shù)進行進一步提升后所得到的實際功率獎勵用公式表示為：

Y=A（cosφ2-0.9）×0.15%×K

公式中，Y表示的是功率獎勵，單位是元；A表示的是用戶的月用電量，單位是kWh；cosφ2表示的是無功補償后所顯示的功率因數(shù)；K表示的是單位電價，單位是元/kWh。

3 對功率因數(shù)進行管理的主要措施

（1）增加自然功率因數(shù)。在供電系統(tǒng)中，增加自然功率因數(shù)會有相對固定的方法，也就是通過減小備用功率來達到提高功率因數(shù)的目的，主要包括以下幾個部分。

1）在異步電動機的選擇使用上，要正確選擇容量以及型號，保證其無限接近滿載運行的狀態(tài)。由于異步電動機自身的功率因數(shù)在70%到滿載運行這一階段內(nèi)處于較高數(shù)值，因此，選擇適合的異步電動機，保證其額定容量與負荷相匹配，對提高功率因數(shù)起到非常重要的正面作用。

2）更換輕負荷類型的感應(yīng)電動機，或者對輕負荷類型的電動機所配備的接線進行變更。當(dāng)電動機的實際負荷低于額定容量的40%的情況下，應(yīng)該更換容量更小的電動機。如果不對電動機進行更換，就要變更電動機配件中定子繞組上配備的接線，比方說把三角類型的接線變更為星形的接線，以達到減弱定子繞組電壓的目的，降低勵磁電流，進而增加功率因素。

3）電力變壓器運行的經(jīng)濟性。在變壓器的實際負荷率高于60%以上的情況下，變壓器的運行才較為經(jīng)濟，在正常情況下，應(yīng)該維持在75%～80%之間。為了達到增加功率因數(shù)與充分使用設(shè)備的目的，電力變壓器不適合在輕載的情況下運行，在變壓器的實際負荷率低于30%時，應(yīng)該替換為小容量的變壓器。

4）對工藝流程進行合理的安排與調(diào)整，以有效提升電氣設(shè)備的實際運行情況，避免設(shè)備出現(xiàn)空載運行的情況，針對負荷率小于70%以及最大負荷小于90%的線繞類型的異步電動機，在適當(dāng)?shù)那闆r下進行同步化運行。

（2）采用人工補償。對無功進行就地的補償，能夠在最大程度上降低供電系統(tǒng)在運行過程中所產(chǎn)生的無功功率，保證企業(yè)整體供電線路在運行過程中的功率損耗、線路所配備變壓器的容量、導(dǎo)線的截面以及開關(guān)設(shè)備的容量都會呈現(xiàn)出降低的情況，從技術(shù)觀點而言，是一種最理想的補償方法。

1）對補償容量進行計算。在采用電容器補償時，首先需要考慮到的是企業(yè)現(xiàn)在所具有的功率因數(shù)，經(jīng)計算來獲取電容器的實際數(shù)量，比方說把現(xiàn)有的功率因數(shù)由cosφ1增加到cosφ2的過程中所需要的電容器容量實際值為Qc，則

其中，Qc指的是應(yīng)進行補償?shù)臒o功功率；P1指的是在最大負荷月份有功功率的平均值；cosφ1指的是補償前的功率因數(shù)的平均值；cosφ2指的是補償后的功率因數(shù)的平均值。

而工礦類型的企業(yè)，其功率因數(shù)會因用電負荷的波動以及電壓的改變而發(fā)生改變。

2）進行人工補償?shù)木唧w方式。依照人工補償通用的原則，一般有三種方式進行人工補償。

①集中補償方式。把電力電容器在企業(yè)內(nèi)部變電所位于高低壓側(cè)這一位置的電容器室中進行集中裝置，通過變電所內(nèi)的工作人實行管理，具有利用率高且方便維護的顯著優(yōu)勢，但是不能有效降低企業(yè)在內(nèi)部所設(shè)置的配電網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生無功功率。

②低壓分散補償方式。電容器裝置的位置一般是車間配電所所配備的低壓母線上，所產(chǎn)生的實際效果要優(yōu)于集中補償。

③就地補償方式。就地補償方式能夠在高壓與低壓網(wǎng)絡(luò)上進行廣泛的應(yīng)用，通過把電容器與附近用電設(shè)備的直接連接，因此通常與用電設(shè)備使用相同的開關(guān)，在投入運行和斷開時與通電設(shè)備保持同步，靈活方便、投資少且補償效果明顯是其顯著優(yōu)勢。隨著就地補償方式的不斷完善，它受到的關(guān)注也越來越多，在國家標(biāo)準(zhǔn)中就有著相關(guān)規(guī)定：不低于50千瓦的異步電動機，在保證安全的情況下，就地對功率因數(shù)進行補償。

4 功率因數(shù)管理過程中的經(jīng)濟投入

依據(jù)現(xiàn)行的《供電營業(yè)規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，屬于專變用戶的，其功率因數(shù)不得低于0.9，如果無法達到此標(biāo)準(zhǔn)，將會對電費依據(jù)功率因數(shù)進行調(diào)整，而對于功率因數(shù)達到標(biāo)準(zhǔn)的用戶，則會得到由供電公司提供的獎勵。

然而，對于用戶來講，無功補償過程中的投入和產(chǎn)出具有非線性的特征。在無功投入比較少的情況下，有可能導(dǎo)致對費用支出進行高額調(diào)整；在無功投入比較多的情況下，費用節(jié)約的實際效果就不會非常顯著。對于一般用戶而言，功率因數(shù)在0.9～0.95之間就能夠滿足了，沒有必要在無功補償裝置方面投入過多，以避免出現(xiàn)資金的沉淀。

依據(jù)《功率因數(shù)調(diào)整電費增減查對表》的相關(guān)規(guī)定，用電戶的實際功率因數(shù)不超過0.9的情況下，無功電量每提高10%，實際支出的電費將多出1%。

（1）在無功電量與有功電量相等的情況下，功率因數(shù)僅有69%，所支出的電費將多出11%。

（2）在無功電量是有功電量的兩倍的情況下，功率因數(shù)僅有45%，所支出的電費將多出55%。

在功率因數(shù)為0.9的情況下，無功電量每減少20%，實際支出的電費僅能少支出0.2%。

（1）在無功電量為有功電量的40%的情況下，功率因數(shù)是93%，所支出的電費將減少0.45%。

（2）當(dāng)無功完全補償?shù)那闆r下，功率因數(shù)能夠達到100%，所支出的電費僅能減少0.75%。

5 結(jié)論

對水廠的功率因數(shù)進行管理，其根本目的就在于使電力部門要求電能質(zhì)量的迫切要求得到滿足，有效減少設(shè)備無功損耗，進而使電耗成本有效降低。提升水廠的實際功率因數(shù)，不但能夠使供電設(shè)備所具備的生產(chǎn)能力得到顯著提高，降低線路的損失，提升電壓質(zhì)量，而且還能有效改善用電設(shè)備的實際工作效率，并節(jié)約電能，因此，所產(chǎn)生的經(jīng)濟與社會效益是很巨大的。

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Discussion on How to Improve the Water Distribution System Reactive Power Compensation Effectiveness

YANG Yong
（Central and Southern China Municipal Engineering Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Shenzhen518133，China）

Managing water power factor，its fundamental purpose is to make the power sector urgently power quality requirements are met effectively reduce reactive loss device， thereby enabling cost-effectively reduce power consumption.Improve the power factor of the actual water，not only to make power equipment production capacity has been significantly improved，reduce line losses，improve voltage quality，but also effectively improve the efficiency of the actual work of electrical equipment，and save energy，able to bring to the huge economic and social benefits.

water distribution system；power compensation；effectiveness

TM642

A

1009－9492(2014)03－0087－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.027

楊 勇，男，1981年生，湖北武漢人，碩士研究生，工程師。研究領(lǐng)域：市政工程電氣自動化設(shè)計。

(編輯：王智圣)

2013－09－25