我公司是屬于典型的機(jī)械加工企業(yè)，用電設(shè)備以電焊機(jī)和拖動(dòng)機(jī)床的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為主，都是感性負(fù)載，所以我公司的自然功率因數(shù)很低，達(dá)不到有關(guān)電力設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定：高壓供電的工廠，最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9，達(dá)不到要求，必須進(jìn)行人工補(bǔ)償。此外，變壓器本身也是大感性負(fù)載需要消耗較多的無(wú)功功率，所以系統(tǒng)無(wú)功消耗很大，必須進(jìn)行人工補(bǔ)償。下面筆者以并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式為例進(jìn)行論述。
1.無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹?nbsp;
在交流電路中，如果是純電阻電路，電能都轉(zhuǎn)化成了熱能，而在通過(guò)純?nèi)菪曰蚣兏行载?fù)載的時(shí)候，并不做功，也就是不消耗電能，即為無(wú)功功率。當(dāng)然實(shí)際負(fù)載一般都是混合性負(fù)載，這樣電能在通過(guò)負(fù)載時(shí)，就有一部分電能不做功，就是無(wú)功功率，此時(shí)的功率因數(shù)小于1，為了提高電能的利用率，就要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。
無(wú)論是工業(yè)負(fù)荷還是民用負(fù)荷，大多數(shù)均為感性。所有電感負(fù)載均需要補(bǔ)償大量的無(wú)功功率，提供這些無(wú)功功率有兩條途徑：一是輸電系統(tǒng)提供；二是補(bǔ)償電容器提供。如果由輸電系統(tǒng)提供，則設(shè)計(jì)輸電系統(tǒng)時(shí)，既要考慮有功功率，也要考慮無(wú)功功率。由輸電系統(tǒng)傳輸無(wú)功功率，將造成輸電線路及變壓器損耗的增加，降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。而由并聯(lián)補(bǔ)償電容器就地提供無(wú)功功率，就可以避免由輸電系統(tǒng)傳輸無(wú)功功率，從而降低無(wú)功損耗，提高系統(tǒng)的傳輸功率。
S1為功率因數(shù)改善前的視在功率；S2為功率因數(shù)改善后的視在功率
2.無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?nbsp;
2.1 提高功率因數(shù)
2.1.1 基本原理
在交流純電阻電路中，負(fù)載中的電流IR與電壓U同相位，純電感負(fù)載中的電流IL滯后于電壓90°，而純電容的電流IC則超前于電壓90°，如圖所示。可見(jiàn)，電容中的電流與電感中的電流相差180°，它們能夠互相抵消。
電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性的，因此總電流I將滯后于電壓一個(gè)角度φ，如果將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)，則電容器的電流IC將抵消一部分電感電流，從而使電感電流IL減小到IL'，總電流從I減小到I'，功率因數(shù)將由cosφ提高到cosφ'，這就是并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率提高功率因數(shù)的原理（如圖2）。
由于電容器與電感性負(fù)載并聯(lián)安裝，所以，當(dāng)電感性負(fù)載吸收能量時(shí)，正好并聯(lián)電容器釋放能量。而電感性負(fù)荷放出能量時(shí)，并聯(lián)電容器卻在吸收能量，能量在兩者之間轉(zhuǎn)換。即：電感性負(fù)載所吸收的無(wú)功功率，可由并聯(lián)電容器所輸出的
2.1.2 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支
提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)用電企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了最低數(shù)值（一般規(guī)定基數(shù)為cosφ=0.9），低于規(guī)定的數(shù)值，需要罰款多收電費(fèi)，高于規(guī)定的數(shù)值，可獎(jiǎng)勵(lì)相應(yīng)的減少電費(fèi)。
供電部門在收取電費(fèi)時(shí)，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：根據(jù)每月的實(shí)際功率因數(shù)，在高于或低于基數(shù)0.9時(shí)，按照規(guī)定的電價(jià)計(jì)算出當(dāng)月的電費(fèi)后， 再按照上表所規(guī)定的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行獎(jiǎng)懲，增減電費(fèi)。
無(wú)功功率的節(jié)能對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，就是最大可能的提高功率因數(shù)，減少無(wú)功計(jì)量，把實(shí)際功率因數(shù)保持在0.95以上，以降低電費(fèi)。以我公司每年電費(fèi)400萬(wàn)計(jì)算，400×0.75%=3萬(wàn)，僅此一項(xiàng)一年就可收回一臺(tái)電容補(bǔ)償柜的成本。
2.2 改善電壓質(zhì)量
對(duì)于電力用戶來(lái)說(shuō)，可采納的調(diào)壓措施主要有：（1）合理選擇無(wú)載調(diào)壓變壓器的分接頭或有載調(diào)壓變壓器―其實(shí)質(zhì)是在系統(tǒng)的無(wú)功電源充足的條件下，通過(guò)改變變壓器變比來(lái)改變無(wú)功功率的分布從而達(dá)到調(diào)壓的目的；（2）盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)載均衡―其目的是防止三相電壓的中性點(diǎn)偏移；（3）合理選擇系統(tǒng)運(yùn)行方式―其實(shí)質(zhì)是改變系統(tǒng)阻抗調(diào)壓。上述三種調(diào)壓措施均是在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，若以上方法不能滿足用戶對(duì)電壓質(zhì)量的要求時(shí)，則需通過(guò)增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)壓。無(wú)功補(bǔ)償裝置中電容器是最經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行維護(hù)最簡(jiǎn)單的補(bǔ)償設(shè)備。
2.2.1 電壓偏移對(duì)用電設(shè)備的影響（以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為例）
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，作用于轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩Me與負(fù)載轉(zhuǎn)矩MT相等，從而電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。而電磁轉(zhuǎn)矩Me與電壓的關(guān)系式為：Me=CU2（C為常數(shù)），即：Me與電壓U的平方成正比。額定運(yùn)行時(shí)，Me=CUN2=MT，現(xiàn)在假設(shè)電壓下降，U=0.9UN，則對(duì)應(yīng)的Me′=C（0.9UN）2=0.81 CUN2=0.81Me。由于此時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不突變，所以Me′ 2.2.2 改善電壓質(zhì)量原理分析
在線路中的電壓損失ΔU=（PR+QX）/U，（式中ΔU-線路中的電壓損失，P-有功功率，Q-無(wú)功功率，U-額定電壓，R-線路的總電阻，X-線路感抗），從其表達(dá)式可知：若P、R、、X、U不變，Q減小則ΔU下降，可使重負(fù)荷下偏低的負(fù)荷點(diǎn)電壓升高。電力系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷主要為大型異步電動(dòng)機(jī)和配電變壓器本身所吸收的感性無(wú)功QL，它是構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)繞組的感性線圈和變壓器原、副邊線圈所消耗的。眾所周知，電容與電感線圈在性質(zhì)上恰好相反，即電容吸收容性無(wú)功功率QC，相當(dāng)于發(fā)出感性無(wú)功功率QC。如果在負(fù)荷側(cè)增設(shè)容量為QC的電容，可使負(fù)荷點(diǎn)總的感性無(wú)功功率變?yōu)椋≦L-QC） 2.3 降低功率損耗和電能損失
2.3.1 原理概述
在三相電力系統(tǒng)中，功率損耗ΔP=3I2R=P2R/[U2（cosφ）2]，電能損耗ΔW=ΔP×t，由此可見(jiàn)，當(dāng)無(wú)功功率得到補(bǔ)償使得功率因數(shù)提高后（cos？準(zhǔn)增大），將使功率損失大大下降，從而電能損失也大大下降。因?yàn)榫€路和變壓器的功率損耗與通過(guò)的電流平方成正比，在P一定的情況下，如果cos？準(zhǔn)小，則I增大，功率損耗和電能損耗隨著增大，年運(yùn)行費(fèi)用增加。
2.3.2 定量分析
2.4 提高設(shè)備出力
由于有功功率P=S?cos？準(zhǔn)，當(dāng)設(shè)備的視在功率一定時(shí)，如果功率因數(shù)cos？準(zhǔn)提高，有功功率P也隨著增大，可見(jiàn)設(shè)備的有功出力也就提高了。即：當(dāng)無(wú)功功率在就地得到補(bǔ)償，就地平衡后，負(fù)荷所需的無(wú)功功率就不用從電源索取了，流經(jīng)線路的無(wú)功電流減小了，設(shè)備（線路及變壓器）原來(lái)被無(wú)功所占用的那部分容量釋放出來(lái)均可提供有功功率，從而設(shè)備利用率提高了，也提高了設(shè)備出力，可以充分挖掘原有設(shè)備潛力。
對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減小，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無(wú)功電流的減少，使系統(tǒng)不至于過(guò)載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力。
對(duì)于尚處于設(shè)計(jì)階段的新、改、擴(kuò)建工程項(xiàng)目，充分考慮無(wú)功補(bǔ)償則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，無(wú)功補(bǔ)償后改善了的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低和所選導(dǎo)體線徑規(guī)格下降。因此，使用無(wú)功補(bǔ)償，不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。
3.無(wú)功補(bǔ)償措施
3.1 高壓集中補(bǔ)償
集中補(bǔ)償是將電容器設(shè)置在總降壓變電所內(nèi)，將電容器組接在高壓母線上，補(bǔ)償容量?jī)H需按照變、配電所的總負(fù)荷選擇。這種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)：電容器組的利用率非常高，投資費(fèi)用少，便于管理和維護(hù)保養(yǎng)；缺點(diǎn)：僅減輕了供電電網(wǎng)的無(wú)功功率，不能減少工廠內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功負(fù)荷。對(duì)于補(bǔ)償容量相當(dāng)大的工廠，多采用高壓集中補(bǔ)償和低壓分散補(bǔ)償相結(jié)合的方式。
3.2 低壓分散補(bǔ)償
分散補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M一般接在各車間低壓配電母線上，其利用率較高，投資費(fèi)用省，但只能補(bǔ)償受電變壓器及變配電所至車間的供電線路上的無(wú)功功率，是一種比較經(jīng)濟(jì)合理的補(bǔ)償方式，在中小型工廠應(yīng)用較為普遍。
3.3 低壓個(gè)別補(bǔ)償
低壓個(gè)別補(bǔ)償是指將電容器直接安裝在用電設(shè)備附近，與用電設(shè)備同時(shí)投入運(yùn)行和斷開(kāi)。此種補(bǔ)償方式可以最大限度的減少系統(tǒng)中流過(guò)的無(wú)功電流，補(bǔ)償效果最好。缺點(diǎn)是總投資費(fèi)用大，電容器的利用率低，易受機(jī)械振動(dòng)和環(huán)境的影響。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的大容量設(shè)備，宜采用低壓個(gè)別補(bǔ)償。
4.由無(wú)功補(bǔ)償提高功率因數(shù)而想到的節(jié)能措施
4.1 正確選擇電氣設(shè)備
（1）選氣隙小，磁阻小的電器設(shè)備。如盡量選擇鼠籠型電動(dòng)機(jī)。
（2）同容量下選擇磁路體積小的電氣設(shè)備。
（3）電動(dòng)機(jī)、變壓器的容量選擇要合適，盡量避免欠負(fù)載運(yùn)行。因欠載時(shí)P和I減少，會(huì)造成cos？準(zhǔn)減小。
（4）不需要調(diào)速，持續(xù)運(yùn)行的大容量電動(dòng)機(jī)，有條件時(shí)可選擇同步電動(dòng)機(jī)，使其過(guò)激磁運(yùn)行，提供超前無(wú)功功率（-Q）進(jìn)行補(bǔ)償，使電網(wǎng)總的無(wú)功功率減少。
4.2 電氣設(shè)備合理運(yùn)行
（1）消除嚴(yán)重欠載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)和變壓器。對(duì)于變壓器，當(dāng)其平均負(fù)荷小于額定容量的30%時(shí)，應(yīng)更換變壓器或調(diào)整負(fù)荷；對(duì)于負(fù)荷小于40%的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在能滿足啟動(dòng)、工作穩(wěn)定性等要求條件下，應(yīng)以小容量電動(dòng)機(jī)更換或?qū)⒃切谓臃ǖ睦@組改為星形接法，降低激磁電壓。
（2）合理調(diào)動(dòng)安排生產(chǎn)工藝流程，限制電氣設(shè)備空載運(yùn)行。
（3）提高異步電動(dòng)機(jī)的維護(hù)檢修質(zhì)量。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)的變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率的大小有很大的影響。所以應(yīng)提高檢修質(zhì)量，使其電磁特性符合標(biāo)準(zhǔn)。
（4）進(jìn)行技術(shù)改造，降低總的無(wú)功功耗。如改造電磁開(kāi)關(guān)使其無(wú)壓運(yùn)行，即電磁開(kāi)關(guān)吸合后，電磁鐵合閘電源切除仍能維持開(kāi)關(guān)合閘狀態(tài)，減少運(yùn)行中的無(wú)功功耗。
（5）做好變壓器的散熱工作。變壓器繞組的電阻隨著溫度的升高而增大，對(duì)于同一臺(tái)變壓器在同一負(fù)載下，如果溫度越低，損耗也越低。因此，應(yīng)做好變壓器的散熱工作，降低變壓器的溫度。
5.結(jié)束語(yǔ)
文中集中探討了無(wú)功功率補(bǔ)償對(duì)工廠供配電系統(tǒng)中低壓配電網(wǎng)的影響以及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，介紹了無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?、效益及方法，并提出了在選擇電氣設(shè)備和合理運(yùn)行電氣設(shè)備方面的具體措施，確保采用無(wú)功補(bǔ)償后提高功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)約電能的目的。
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