摘    要 根據(jù)現(xiàn)有電氣系統(tǒng)、電氣設(shè)備的具體特點(diǎn)，因地制宜的選擇適合的無功補(bǔ)償方式，減少無功功率的消耗，提高負(fù)載的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，充分發(fā)揮電力系統(tǒng)供配電設(shè)備的淺能和工作效率。
        關(guān)鍵詞  無功功率  功率因數(shù)  補(bǔ)償

        1 前言
        在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率,有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(如機(jī)械能、光能、熱能)的電功率; 無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在供配電系統(tǒng)中，希望是功率因數(shù)越大越好，即電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的消耗。負(fù)載功率因數(shù)的高低，對(duì)于電力系統(tǒng)供配電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。適當(dāng)提高負(fù)載的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮供配電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，進(jìn)而可以提高供配電設(shè)備的工作效率和工業(yè)企業(yè)本身節(jié)電能力。
         2 車間狀況及提高功率因數(shù)的主要方式
         我車間是氧化鋁燒結(jié)法主體車間，主要擔(dān)負(fù)熟料溶出、粗液分離、脫硅以及沉降和赤泥外排工作，全車間共計(jì)主要變配電室8個(gè)，變壓器20臺(tái)，總?cè)萘?5500KVA，主要包括6KV、355KW高壓電動(dòng)機(jī)4臺(tái)，3KV、400KW同步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)，210KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)6臺(tái)，55KW-220KW籠式電動(dòng)機(jī)180余臺(tái)，各種電氣設(shè)備種類繁多，結(jié)構(gòu)功能各異。根據(jù)調(diào)查并對(duì)大中型工業(yè)企業(yè)用電情況的分析，企業(yè)無功功率的消耗的一般情況是：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)約占65-70%，變壓器（包括整流變壓器、電爐變壓器等）約占20-25%，其他（包括網(wǎng)絡(luò)、電抗器、感應(yīng)型電氣及儀表等）約占10%。為降低無功功率損耗以提高功率因數(shù)，我車間根據(jù)本身供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)及電氣設(shè)備的類型，主要采用三種方法：
         a、現(xiàn)有設(shè)備同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)；
         b、提高自然功率因數(shù)；
         c、人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)。
        3 提高功率因數(shù)的方法
        3.1同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償提高功率因數(shù)
        由電機(jī)原理知道，同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功；在過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其處于過勵(lì)狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工業(yè)企業(yè)的無功功率，從而提高了工業(yè)企業(yè)的功率因數(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償能力q%，習(xí)慣上用該電機(jī)輸出的無功功率與其額定容量的比值來表示：
        q%=(Qcd/Se)×100
        式中Qcd：同步電動(dòng)機(jī)的輸出無功功率（kvar）;
         Se: 同步電動(dòng)機(jī)的額定容量（kva）;
         同步電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償能力(q%)與同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率（B d）,激勵(lì)電流（I1）及其額定功率因數(shù)等有關(guān)。
        我車間4臺(tái)溶出磨電機(jī)為上海東方電機(jī)廠生產(chǎn)的同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)型號(hào)為：TZ-215/32-32，額定容量為400KW，當(dāng)負(fù)載率B d=0.7，在功率因數(shù)cosφ=0.9（超前）運(yùn)行，每臺(tái)同步機(jī)可輸出無功功率231.1Kvar；若4臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，可產(chǎn)生924.4 Kvar無功功率。
        當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行專門用作補(bǔ)償無功功率時(shí)，稱為同步調(diào)相機(jī)，它可無級(jí)的調(diào)節(jié)無功功率的數(shù)值，但有功損耗大，需專人維護(hù)，因而使用不普及。
        3.2提高自然功率因數(shù)
        提高自然功率因數(shù)是在不添置任何補(bǔ)償設(shè)備，采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率，提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法，它不需要增加投資，是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。下面就我車間對(duì)提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡(jiǎn)要的介紹。
        3.2.1合理選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，使其接近滿載運(yùn)行。
        在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要注意它們的機(jī)械性能，又要考慮它們的電氣指標(biāo)（功率因數(shù)、效率、防護(hù)等級(jí)等）。異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時(shí)的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率.若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)載下運(yùn)行，既增大功率損耗，又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確的合理的選擇電動(dòng)機(jī)的容量。我車間近年逐步淘汰一批性能差、空載能耗高的J0、JO2系列交流電動(dòng)機(jī)、使用相應(yīng)功率Y系列交流電動(dòng)機(jī)替代繞線式電動(dòng)機(jī)、對(duì)負(fù)載率低于40-50%的電動(dòng)機(jī)予以更換等措施對(duì)功率因數(shù)的提高產(chǎn)生積極的作用。
        3.2.2 提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量
        嚴(yán)格按照電動(dòng)機(jī)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)和額定參數(shù)進(jìn)行檢修，必須保持原有的性能數(shù)據(jù)及裝配精度，特別是異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無功功率的大小有很大的影響。
        3.2.3合理選擇變壓器容量，改善變壓器的運(yùn)行方式
        變壓器的空載無功功率占無功功率的80%左右，變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài).實(shí)際上往往由于變壓器容量和臺(tái)數(shù)選擇不當(dāng)，導(dǎo)致工業(yè)企業(yè)功率因數(shù)的下降。目前我國(guó)生產(chǎn)的電力變壓器，其最經(jīng)濟(jì)的負(fù)載率B 一般在0.35-0.65的范圍內(nèi)，對(duì)負(fù)載率小于30%的變壓器，在考慮供電安全的前提下，我車間一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值；同時(shí)通過設(shè)備改造淘汰老型號(hào)如SJ7 系列變壓器，現(xiàn)有變壓器逐步由S7、S9、S11系列變壓器取代，特別是S11—M.R型三相油浸卷鐵芯電力變壓器，是一低噪聲、環(huán)保型、高效節(jié)能的電力變壓器，與傳統(tǒng)疊片型變壓器比較，S11卷鐵芯變壓器無需消耗接縫的磁化容量，磁路中無氣隙，大大減少了激磁電流，提高了功率因數(shù)，降低電網(wǎng)損耗，改善了電網(wǎng)的供電品質(zhì)。環(huán)型鐵芯充分利用了硅鋼片的取向性，鐵芯磁路由硅鋼片的晶粒取向完全—致，消除了因磁路與硅鋼片取向不一致所增加的損牦，可使損耗降低。S11型與S9型電力變壓器相比，空載電流平均下降 60％一80％，空載損耗平均下降20％～35％。
        3.2.4電磁開關(guān)無電壓運(yùn)行
        工業(yè)企業(yè)低壓系統(tǒng)使用著大量各類電磁開關(guān)，如接觸器、繼電器等作為控制電動(dòng)機(jī)及其他用電設(shè)備，該電磁開關(guān)的控制線圈為感性負(fù)載，既消耗電能又產(chǎn)生滯后的無功電流，影響企業(yè)功率因數(shù)的改善。我車間對(duì)容量在100A以上的接觸器全部改為CJK5或CJK11系列真空接觸器，其啟動(dòng)和保持線圈分開；在經(jīng)濟(jì)允許的情況下可考慮采用如YDC1永磁式接觸器、繼電器，其具有高可靠性、長(zhǎng)壽命，節(jié)電（傳統(tǒng)用電的5%）、無噪聲、無溫升，抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，節(jié)約電能又減少無功電流的產(chǎn)生。
         3.2.5調(diào)整和改革生產(chǎn)工藝流程
         調(diào)整和改革生產(chǎn)工藝流程，使生產(chǎn)環(huán)節(jié)密切協(xié)調(diào)配合，改善電氣設(shè)備的運(yùn)行方式，消除或限制感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行。
        3.3人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)
        功率因數(shù)是電力系統(tǒng)一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。當(dāng)工業(yè)企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法已經(jīng)不能滿足其對(duì)功率因數(shù)的要求時(shí)，工業(yè)企業(yè)自身需裝設(shè)補(bǔ)償裝置，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。人工無功補(bǔ)償應(yīng)采取就地平衡的原則，使電網(wǎng)任一時(shí)刻無功總出力(含無功補(bǔ)償)與無功總負(fù)荷(含無功總損耗)保持平衡。
         3.3.1、靜態(tài) 電容器補(bǔ)償
        當(dāng)企業(yè)感性負(fù)載比較多時(shí)，它們從供電系統(tǒng)吸取的無功是滯后（負(fù)值）功率，如果用一組電容器和感性負(fù)載并聯(lián)，電容需要的無功功率是引前（正值）功率，如果電容C選得合適，令QC+QL=0，這時(shí)企業(yè)已不需向供電系統(tǒng)吸取無功功率，功率因數(shù)為1。由于并聯(lián)電容器具有價(jià)格較便宜，有功損耗小，安裝及運(yùn)行維護(hù)方便，故障范圍小等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)企業(yè)10KV以下供電系統(tǒng)中被廣泛的使用，它的不足之處只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié)而不能隨著企業(yè)感性無功功率的變化進(jìn)行無功調(diào)節(jié)。
        3.3.2 動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償
         動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償一般應(yīng)用于用電容量大、生產(chǎn)過程其負(fù)載急劇變化且具有重復(fù)沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動(dòng)頻繁、急劇、幅值很大的動(dòng)態(tài)無功功率，采用調(diào)相機(jī)或固定電容器進(jìn)行補(bǔ)償已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求，目前一般采用的新型動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備是靜止無功補(bǔ)償器。它具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電網(wǎng)運(yùn)行性能、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。但最明顯的缺點(diǎn)是投資大、設(shè)備體積大、占地面積大.
        3.3.3人工補(bǔ)償?shù)姆绞胶芏?，按電容器安裝的地點(diǎn)主要有集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、單獨(dú)補(bǔ)償?shù)?。具體分析如下：
         a、集中補(bǔ)償方式
         集中補(bǔ)償指電容器組直接裝設(shè)在企業(yè)總降壓變電站6-10KV側(cè)母線上，主要用于減少甚至抵消上級(jí)電網(wǎng)向本級(jí)電網(wǎng)的無功傳輸，通常采取調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，無功控制器將功率因數(shù)的實(shí)際值與給定值進(jìn)行比較，然后發(fā)出指令，控制電容器支路的投切。其優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍大，可以保證整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)值，但是這種方式也有缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在無功功率需要較長(zhǎng)距離的傳輸，另外高壓接觸器需滿足頻繁操作的要求。
         b、分組補(bǔ)償方式
        分組補(bǔ)償指電容器組分設(shè)在功率因數(shù)較低的車間變電站的高壓側(cè)母線上，用以減少車間以上配電系統(tǒng)內(nèi)無功功率引起的損耗。
        c、單獨(dú)補(bǔ)償方式
        單獨(dú)補(bǔ)償指針對(duì)個(gè)別功率因數(shù)特別不好的大容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償。
        3.3.4我車間人工補(bǔ)償?shù)木唧w應(yīng)用。
        a、目前工業(yè)企業(yè)較普遍采用的一種無功補(bǔ)償方式是在配電變壓器380V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾十至幾百千乏不等，根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動(dòng)投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。我車間于2001年11月，在55配安裝了長(zhǎng)沙博迪電氣有限公司生產(chǎn)的智能型低壓無功補(bǔ)償裝置（南北段各安裝一臺(tái)），本裝置是根據(jù)55配南北兩段的負(fù)荷、功率因數(shù)等要求設(shè)計(jì)的；主要包括無功補(bǔ)償電力電容器、溫度傳感器、工業(yè)智能控制器、接觸器、可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)、等部分。主要特點(diǎn)是在硬件設(shè)計(jì)上，采用工業(yè)級(jí)16位微處理器和寬溫型低功耗集成電路、液晶屏、串行E2PROM等，降低了系統(tǒng)功耗，保證了重要數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)；增設(shè)了雙重“看門狗”結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)“ 死機(jī)”情況；設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)通信接口，可根據(jù)軟件中不同的協(xié)議滿足不同的遠(yuǎn)程通信要求。在軟件設(shè)計(jì)上，采用三段補(bǔ)償法對(duì)變送器的非線性進(jìn)行軟件補(bǔ)償，以提高測(cè)量精度，同時(shí)用軟件實(shí)現(xiàn)電容器具投切的循環(huán)控制，以保證電容器具有相同的平無使用率，有效地延長(zhǎng)了電容器的使用壽命。本裝置安裝至今使用良好，在功率因數(shù)補(bǔ)償前后，55配南北兩段電流變化較大，數(shù)據(jù)如下：

        自動(dòng)補(bǔ)償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進(jìn)行電容器的自動(dòng)投切的，也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進(jìn)行控制的。這種方案雖然有助于保證用戶的電能質(zhì)量，但對(duì)電力系統(tǒng)并不可取。因?yàn)殡m然線路電壓的波動(dòng)主要由無功量變化引起，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的。當(dāng)線路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時(shí)，無功的投切量可能與實(shí)際需求相去甚遠(yuǎn)，出現(xiàn)無功過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。
         b、《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-1995）指出，容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備無功負(fù)荷宜單獨(dú)就地補(bǔ)償。故對(duì)于企業(yè)和廠礦中的電動(dòng)機(jī)，特別是 7.5kW及以上投運(yùn)率高的電動(dòng)機(jī)最好進(jìn)行無功補(bǔ)償，自2003年11月份，68配現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償選用ＸＢＱ型補(bǔ)償器，其特點(diǎn)為損耗低、溫升低（產(chǎn)品內(nèi)部元件采用金屬化聚丙烯膜為電介質(zhì)，自身能量損耗極小，在額定條件下使用時(shí)，其損耗僅為0.2瓦/千乏，其箱殼溫度僅比環(huán)境溫度高出3-5℃）、有自愈功能，且自愈能力強(qiáng)，提高了產(chǎn)品的使用可靠性和壽命；自放電特性，斷開電源后3分鐘，剩余電壓降為50V以下；體積小，重量輕，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，投資少。補(bǔ)償器共計(jì)14臺(tái)，其中：泥漿泵110KW投用6臺(tái)，洗液泵132KW投用8臺(tái)，至今全部運(yùn)行良好；其運(yùn)行情況如下：

        為防止出現(xiàn)因過補(bǔ)而產(chǎn)生的諧振過電壓，燒毀電動(dòng)機(jī)，應(yīng)將電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)浇咏?。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)空載時(shí)的無功負(fù)荷最小，補(bǔ)償后滿載的電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)仍為滯后，這樣就避免過補(bǔ)償現(xiàn)象的發(fā)生。從安全角度考慮，補(bǔ)償功率不應(yīng)超過電機(jī)空載無功功率的90%。將無功就地補(bǔ)償器同設(shè)備一起投切，直接補(bǔ)償設(shè)備本身的無功損耗，功率因數(shù)提高至0.97以上，降低無功電流，可以節(jié)約有功電量8%～15%,節(jié)約無功功率50%～80%，減少電費(fèi)開支改善供電質(zhì)量，提高電氣設(shè)備的正常出力，降低線路損耗。
       電動(dòng)機(jī)無功功率就地補(bǔ)償裝置主要的應(yīng)用范圍為單向旋轉(zhuǎn)的負(fù)載,如水泵、風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等,不適用于雙向旋轉(zhuǎn)的設(shè)備,也不適用于頻繁點(diǎn)動(dòng)的設(shè)備。
       大型高壓異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越多越廣泛，它們的功率因數(shù)一般在0.8-0.85之間，有的甚至在0.7以下，使輸配電系統(tǒng)送電能力下降，線路損耗增大，浪費(fèi)電能。高壓電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償裝置如TBBXl型和TBBX2型，與高壓異步電動(dòng)機(jī)并聯(lián)連接，向高壓電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁所用的無功電流，以改善功率因數(shù)，減輕配電變壓器的負(fù)荷，降低線路和變壓器的損耗，提高變配電設(shè)備的效能，有明顯的節(jié)能、改善電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行性能的功效，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
        c、人工補(bǔ)償應(yīng)用注意事項(xiàng)：
      （1）總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。
      （2）供電系統(tǒng)補(bǔ)償與受電設(shè)備相結(jié)合。
      （3）分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。
      （4）降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。利用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，其主要目的是為了達(dá)到無功電力就地平衡，減小網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗，以降低線損。與此同時(shí)，也可以利用電容器的分組投切，對(duì)電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
      （5）諧波干擾的問題。電容器本身具備一定的抗諧波能力，但同時(shí)也有放大諧波的副作用。諧波含量過大時(shí)，會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞，由于電容器對(duì)諧波的放大作用，將使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重；另外，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償柜的控制環(huán)節(jié)容易受諧波干擾影響，造成控制失靈，因而做無功補(bǔ)償時(shí)必須考慮諧波治理，在有較大諧波干擾，又需要補(bǔ)償無功功率的地點(diǎn)，應(yīng)考慮增加濾波裝置。
      （6）無功功率倒送的問題。無功功率倒送是電力系統(tǒng)所不允許的現(xiàn)象，因?yàn)樗鼤?huì)增加線路和變壓器的損耗，加重線路的負(fù)擔(dān)。
      （7）電容器的及時(shí)檢測(cè)及故障處理。
        4. 結(jié)束語
        文中集中分析了功率因數(shù)對(duì)廣大工業(yè)企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)的必要性，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的常見方法，根據(jù)電氣系統(tǒng)的具體情況，適當(dāng)、合理、可靠的采取無功補(bǔ)償?shù)姆绞剑_保電氣系統(tǒng)及設(shè)備的正常運(yùn)行。