李品斌 戚桂東 莫啟海

（1.廣西廣播電視貴港分中心；2.廣西廣播電視玉林分中心）

一、引言

目前無線發(fā)射臺(tái)站的外電均通過高壓輸電方式傳輸?shù)缴缴?，電能傳輸能量的效率稱為功率因數(shù)。功率因數(shù)定義為有功功率占總功率的比值。當(dāng)供電線路功率和電壓一定時(shí)，提高臺(tái)站的功率因數(shù)，能減小線路傳輸電流，降低線路損耗。傳輸相同的電能時(shí)，增加傳輸效率，降低在線路上白白消耗的能量，相當(dāng)于節(jié)約了用電量。同時(shí)從地面到高山臺(tái)站整段高壓輸電線路所造成的壓降也將減小，使外電電壓更穩(wěn)定，隨負(fù)載變化波動(dòng)更小。

根據(jù)《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，供電部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的要求：高壓供電的工業(yè)企業(yè)的平均功率因數(shù)不得低于0.95；其他單位不得低于0.9。對(duì)功率因數(shù)達(dá)不到規(guī)定的用電單位，供電部門將加收一部分電費(fèi)即力率電費(fèi)（罰款）。因此有必要對(duì)無線發(fā)射臺(tái)站對(duì)所有臺(tái)站用電設(shè)備進(jìn)行功率補(bǔ)償，以提高臺(tái)站的功率因數(shù)，減少被加收力率電費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。

二、提高功率因數(shù)的原理

功率因數(shù)降低主要是因?yàn)樨?fù)載存在容性負(fù)載或感性負(fù)載。另外相同的負(fù)載設(shè)備在不同的工狀時(shí)的功率因數(shù)也有區(qū)別，如交流異步電動(dòng)機(jī)：空載時(shí)為0.2-0.3；滿載時(shí)0.7-0.85。在無線發(fā)射臺(tái)站中存在著很多這樣的感性負(fù)荷，如抽水機(jī)、發(fā)射機(jī)散熱風(fēng)機(jī)、大功率空調(diào)和發(fā)射機(jī)開關(guān)電源等，所以整個(gè)臺(tái)站呈現(xiàn)一個(gè)感性負(fù)載狀態(tài)。整個(gè)配電網(wǎng)中無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t為集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，電網(wǎng)補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合，高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合。具體到無線發(fā)射臺(tái)站的方案有：

（1）提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，選擇合適容量的電動(dòng)機(jī)和變壓器等，盡量避免“大馬拉小車”現(xiàn)象，以減少設(shè)備的空載率。

（2）對(duì)于感性負(fù)載，則可以采用并聯(lián)電容以補(bǔ)償感性無功功率。如圖1所示。工作原理為：當(dāng)整個(gè)負(fù)載電路呈現(xiàn)感性時(shí)，電流將超前電壓一定的角度；在并聯(lián)電容后，電流將滯后電壓一定的角度。此時(shí)電容、電感的無功功率相互抵消，總電流減??；負(fù)荷總的有功功率P沒有變化，變化的是負(fù)荷的無功功率Q，功率因數(shù)得到提升至COS?2。理想情況下，當(dāng)選取合適容量的電容進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，可使功率因數(shù)提升接近于1。

圖1 電容補(bǔ)償感性無功

三、貴港轉(zhuǎn)播臺(tái)功率補(bǔ)償分析

下面以貴港轉(zhuǎn)播臺(tái)為例，分析臺(tái)站的功率補(bǔ)償情況：貴港轉(zhuǎn)播臺(tái)標(biāo)稱總發(fā)射功率約為30.6kW，測(cè)得整個(gè)臺(tái)站的實(shí)時(shí)供電功率約為56kW。臺(tái)站海拔1060米，電能從山腳10kV高壓線路輸送至臺(tái)站，需經(jīng)過約13km架空線路。10kV高壓輸送到臺(tái)站端時(shí)有一定的降壓，因此通過調(diào)整10kV降壓變壓器抽頭，使電壓保持在400V左右，然后通過容量為200kVA的互感式穩(wěn)壓器穩(wěn)壓使電壓穩(wěn)定在380V，功率因數(shù)約為0.85，出現(xiàn)無功負(fù)荷占比較大，功率因數(shù)較低（<0.95）的情況。

在當(dāng)前功率下，若要將功率因數(shù)從cos?1=0.85提升到cos?2=0.95需要補(bǔ)償?shù)碾娙萘縌c可通過計(jì)算得出為16.3kvar。

在P和U一定時(shí)，通過無功補(bǔ)償可減小電流?I為：

四、低壓無功補(bǔ)償裝置原理及應(yīng)用

臺(tái)站處于高壓配電線路的末端，適合采用就地補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行無功補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)。在實(shí)際臺(tái)站應(yīng)用中，不同的設(shè)備一般有不同的開機(jī)、關(guān)機(jī)時(shí)間，導(dǎo)致整個(gè)臺(tái)站用電有負(fù)荷高峰和負(fù)荷低谷的差異。相當(dāng)于整體臺(tái)站感性負(fù)載的狀態(tài)是動(dòng)態(tài)變化的，所以功率因數(shù)也是動(dòng)態(tài)變化的。如果簡單的選用固定的無功補(bǔ)償量：當(dāng)負(fù)載處于負(fù)荷低俗時(shí)，固定電容的補(bǔ)償量過大，將出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，反而導(dǎo)致功率因素降低；當(dāng)負(fù)載處于負(fù)荷高峰時(shí)，固定電容補(bǔ)償量過小，不利于負(fù)荷進(jìn)行。因此要求補(bǔ)償電容數(shù)量宜采用雙級(jí)或多級(jí)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞?，根?jù)負(fù)載實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)投切，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償容量，從而保證整體臺(tái)站功率因數(shù)的穩(wěn)定。

經(jīng)過第三小節(jié)的計(jì)算，得到貴港轉(zhuǎn)播臺(tái)目前的功率下需要的補(bǔ)償?shù)臒o功總量?？紤]到臺(tái)站未來還有設(shè)備升級(jí)的余量，在配備無功補(bǔ)償裝置時(shí)，也可以根據(jù)變壓器容量來配置補(bǔ)償量?，F(xiàn)臺(tái)站設(shè)計(jì)安裝了一套自動(dòng)低壓無功補(bǔ)償裝置，并聯(lián)接入配電柜母排。電容組分別為1×10kvar、1×15kvar、3×15kvar、1×20kvar 四 組電容組合，總共90kvar。補(bǔ)償裝置經(jīng)微機(jī)控制，先從母排對(duì)臺(tái)站電流電壓采樣，計(jì)算實(shí)時(shí)功率因數(shù)，然后自動(dòng)選擇投切電容數(shù)量與組合，使整個(gè)臺(tái)站供配電功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上。

當(dāng)白天發(fā)射機(jī)全部開機(jī)時(shí)，負(fù)荷達(dá)到峰值，無功補(bǔ)償裝置控制復(fù)合開關(guān)投入電容器組，進(jìn)行電容補(bǔ)償，提升臺(tái)站電壓，降低負(fù)荷電流。晚上發(fā)射機(jī)全部關(guān)機(jī)時(shí)，負(fù)荷處于低谷，此時(shí)無功功率過補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置退出電容器組，避免臺(tái)站電壓過高，損壞用電設(shè)備。

由于大容量電容的投切將會(huì)產(chǎn)生大量的諧波涌流，會(huì)超過電容器的過流承受能力，造成電容器的損壞，所以需要串聯(lián)電抗器，組成電容電抗組，以吸收和抑制系統(tǒng)內(nèi)部分諧波電流。低壓無功補(bǔ)償裝置原理如圖2所示。在安裝無功補(bǔ)償裝置后，經(jīng)過測(cè)試，臺(tái)站的總負(fù)荷電流降低了10A左右，說明電能消耗得以降低，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

圖2 電容無功補(bǔ)償原理圖

五、總結(jié)

由于廣播電視工作的特殊性，為提高覆蓋率，無線發(fā)射臺(tái)一般都是選址在高山，遠(yuǎn)離供電所。臺(tái)站一般為線路末端，導(dǎo)致電源質(zhì)量下降。臺(tái)站大部分設(shè)備都是感性負(fù)載，導(dǎo)致功率因數(shù)降低，將影響設(shè)備的能效，在供配電線路上產(chǎn)生損耗。在了解功率因數(shù)的作用和控制方法后，能根據(jù)當(dāng)?shù)嘏_(tái)站的實(shí)際情況，精準(zhǔn)投入無功補(bǔ)償裝置，使臺(tái)站運(yùn)行更節(jié)能、經(jīng)濟(jì)。