摘要：交流異步電機(jī)廣泛用于工業(yè)與民用系統(tǒng)。但不少電機(jī)負(fù)荷率低,，常處于輕載或空載狀態(tài),，無功功率消耗比有功功率大,，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。因此采用無功補(bǔ)償,，提高功率因數(shù),、節(jié)約電能、減少運(yùn)行費(fèi)用是很有效的措施,。本文對(duì)無功補(bǔ)償?shù)姆N類,、特點(diǎn)、作用,、經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行了論述,。
關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償 的技術(shù)經(jīng)濟(jì) 特點(diǎn)

交流異步電機(jī)在工業(yè)與民用建筑系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在民用范圍中運(yùn)行機(jī)械多為連續(xù)運(yùn)行,，不調(diào)速,，操作不頻繁的場(chǎng)合，如風(fēng)機(jī),、水泵、冷凍機(jī)多為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，易維護(hù)的異步電動(dòng)機(jī),。在工礦企業(yè)中,，不少電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率低,，經(jīng)常處于輕載或空載狀態(tài),，功率因數(shù)普遍不高,。負(fù)荷率低，則功率因數(shù)愈低,，無功功率相對(duì)于有功功率的百分比更大,，顯著地浪費(fèi)電能,。因此對(duì)異步電動(dòng)機(jī)采用無功功率補(bǔ)償以提高功率因數(shù),，節(jié)約電能,，減少運(yùn)行費(fèi)用，提高電能質(zhì)量,，符合我國(guó)節(jié)約能源的國(guó)策,，同時(shí)亦給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。
* T+ ` t) D% L7 I0 ?( L h6 A　　1　無功功率補(bǔ)償?shù)姆N類和特點(diǎn)
1.1　集中補(bǔ)償
* z/ J! u5 e: Q& {　　在高低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器,，電容器接在配電母線上,，補(bǔ)償供電范圍內(nèi)的無功功率，如圖1所示,。1.2　組合就地補(bǔ)償(分散就地補(bǔ)償)電容器接在高壓配電裝置或動(dòng)力箱的母線上,，對(duì)附近的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償，如圖2所示,。
D+ [; S8 e" Q　　1.3　單獨(dú)就地補(bǔ)償,
將電容器裝于箱內(nèi),，放置在電動(dòng)機(jī)附近，對(duì)其單獨(dú)補(bǔ)償,。圖3為電容器直接接在電動(dòng)機(jī)端子上或保護(hù)設(shè)備末端,，一般不需要電容器用的操作保護(hù)設(shè)備，稱為直接單獨(dú)就地補(bǔ)償,。圖3a為經(jīng)常操作者,，采用接觸器；為非經(jīng)常操作者,，采用空氣斷路器,；為高壓電容器直接單獨(dú)就地補(bǔ)償，宜采用真空開關(guān),。圖4為不采用控制設(shè)備,，由電動(dòng)機(jī)控制開關(guān)操作，但電容器必須采用內(nèi)裝熔絲或另裝熔斷器,。如采用控制設(shè)備,，如圖5所示，為控制式單獨(dú)就地補(bǔ)償,，多用于降壓起動(dòng)或有可逆運(yùn)行等有特殊操作要求的電動(dòng)機(jī),。
2 A- j$ }* M8 p2 {　　2　無功功率補(bǔ)償?shù)淖饔?br>% u1 |( P+ y4 C. y　　 2.1　改善功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)
根據(jù)國(guó)家水電部，物價(jià)局頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,，相應(yīng)減少電費(fèi)：
; S, [7 f" C) ^* k　　(1)高壓供電的用電單位,，功率因數(shù)為0.9以上。
(2)低壓供電的用電單位,，功率因數(shù)為0.85以上
(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶,，功率因數(shù)為0.8以上,。
根據(jù)“辦法”，補(bǔ)償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95,、0.94,、0.92為宜，因?yàn)槌^此值,，電費(fèi)并沒有減少,，相反初次設(shè)備增加，是不經(jīng)濟(jì)的,。
. k% {1 S X3 ?. a. d　　2.2　降低系統(tǒng)的能耗
功率因數(shù)的提高,，能減少線路損耗及變壓器的銅耗。
設(shè)R為線路電阻,，ΔP1為原線路損耗,，ΔP2為功率因數(shù)提高后線路損耗,，則線損減少
5 C, p5 C; N' G6 {! S/ v　　ΔP=ΔP1－ΔP2=3R(I12－I22)(1)　
比原來?yè)p失減少的百分?jǐn)?shù)為
(ΔP/ΔP1)×100％=1－(I2/I1)2•100％(2)
式中,，I1=P/( 3 U1cosφ1)，I2=P/( 3 U2cosφ2)補(bǔ)償后,，由于功率因數(shù)提高,，U2 >U1，為分析方便,，可認(rèn)為U2≈U1,，則
5 D* g2 W/ ?* F% Y　　θ=[1－(cosφ1/cosφ2)2]•100％(3)
+ a W* f N( ?　　當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí)，通過上式計(jì)算,，可求得有功損耗降低21％左右,。
在輸送功率P= 3UIcosφ不變情況下，cosφ提高,，I相對(duì)降低,，設(shè)I1為補(bǔ)償前變壓器的電流，I2為補(bǔ)償后變壓器的電流,，銅耗分別為ΔP1,，ΔP2；銅耗與電流的平方成正比,，即
7 e! d" r$ s$ i% n5 V0 O) L　　ΔP1/ΔP2=I22/I12
6 P, P# f1 U# u; x7 C　　由于P1=P2,，認(rèn)為U2≈U1時(shí)，即　　I2/I1=cosφ1/cosφ2. 8
可知,，功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí),，銅耗相當(dāng)于原來的80％。
2 T% U! M+ g. C* L3 [8 T　　2.3　減少了線路的壓降
) c/ ]/ L) W' O5 x　　由于線路傳送電流小了,，系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小,，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定(輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過高),，有利于大電機(jī)起動(dòng)。
# }' h9 P6 X Z; \$ W6 Z　　2.4　增加了供電功率,，減少了用電貼費(fèi)
: f5 T( l7 g- t# {$ J# ~+ o　　對(duì)于原有供電設(shè)備來講,，同樣的有功功率下，cosφ提高,，負(fù)荷電流減小,，因此向負(fù)荷傳輸功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān),、導(dǎo)線等配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備,，發(fā)揮了設(shè)備的潛力。對(duì)于新建項(xiàng)目來說,，降低了變壓器容量,，減少了投資費(fèi)用，同時(shí)也減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi),。
- ?% e+ J) p* c' T( Q6 H. \　　3　就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析
/ U" h5 N# f x- a$ c1 g　　 3.1　電容補(bǔ)償在技術(shù)上應(yīng)注意的問題
(1)防止產(chǎn)生自勵(lì),。
4 Z% ^2 m9 T: s* f3 _9 f　　采用電容器就地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，切斷電源后,，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)行,，此時(shí)電容器的放電電流成為勵(lì)磁電流，如果電容過補(bǔ)償,，就可使電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓,，如圖6所示。因此,，為防止產(chǎn)生自勵(lì),，可按下式選用電容
QC=0.9 3UI0
# k/ r6 j7 Z2 ^- U y* F* {　　(2)防止過電壓。
7 O; v: H3 R- r0 z4 g　　當(dāng)電容器補(bǔ)償容量過大,，會(huì)引起電網(wǎng)電壓升高并會(huì)導(dǎo)致電容器損壞,。我國(guó)并聯(lián)電容器國(guó)標(biāo)規(guī)定：“工頻長(zhǎng)期過電壓值最多不超過1.1倍額定電壓。”因此必須符合QC< 0.1Ss的條件,。
(3)防止產(chǎn)生諧振,。
9 V$ B) n6 ^" E% j# K- y; {# C　　(4)防止受到系統(tǒng)諧波影響。
對(duì)于有諧波源的供電線路,，應(yīng)增設(shè)電抗器等措施,，使諧波影響不致造成電容器損壞。
! f1 B- A! J5 K( x　　3.2　兩者比較7
就地補(bǔ)償較集中補(bǔ)償,，更具節(jié)能效果,。
5 _8 M* M) O& O( c8 O; V　　4　電容補(bǔ)償控制及安裝方式的選擇
8 C8 ]. p8 M2 F& \　　 4.1　就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)規(guī)定
# I/ K9 u9 ~, V( a) B　　(1)GB12497—90《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》第7.6條規(guī)定：50kW以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)進(jìn)行功率因數(shù)就地補(bǔ)償。
(2)GB3485—83《評(píng)估企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》第2.9條規(guī)定：100kW以上的電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償無功功率,。
(3)GB50052—95《供配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.03及5.0.10規(guī)定,。,
(4)國(guó)外用電委員會(huì)法規(guī)與專業(yè)學(xué)報(bào)均有類似規(guī)定與刊載,。
4.2　電容補(bǔ)償方式的選擇
1 I8 x: m( e) H　　采用并聯(lián)電容器作為人工無功補(bǔ)償，為了盡量減少線損和電壓損失,，宜就地平衡,，即低壓部分的無功宜由低壓電容器補(bǔ)償，高壓部分的無功宜由高壓電容器補(bǔ)償,。對(duì)于容量較大,，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無功功率，宜就地補(bǔ)償,。補(bǔ)償基本無功的電容器組宜在配變電所內(nèi)集中補(bǔ)償,，在有工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化>程度高的流水線、大容量機(jī)組的場(chǎng)所,，宜分散補(bǔ)償,。
" U- X7 K2 k% P4 L* P! ?- ^　　4.3　電容器組投切方式的選擇
電容器組投切方式分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。
對(duì)于補(bǔ)償?shù)蛪夯緹o功及常年穩(wěn)定和投切次數(shù)少的高壓電容器組,，宜采用手動(dòng)投切,；為避免過補(bǔ)償或輕載時(shí)電壓過高，易造成設(shè)備損壞的,，宜采用自動(dòng)投切,。高、低壓補(bǔ)償效果相同時(shí),，宜采用低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置。
4.4　無功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方式
7 E- V/ n% R9 y' v. J　　以節(jié)能為主者,，采用無功功率參數(shù)調(diào)節(jié),；當(dāng)三相平衡時(shí)，也可采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié),；為改善電壓偏差為主者,，應(yīng)按電壓參數(shù)調(diào)節(jié)；無功功率隨時(shí)間穩(wěn)定變化者,，按時(shí)間參數(shù)調(diào)節(jié),。
5　電容補(bǔ)償容量的選定
5.1　集中補(bǔ)償容量確定
先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定有功功率P30和無功功率Q30,，補(bǔ)償前自然功率因數(shù)為cosφ1,，要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)為cosφ2。則) M1 m6 Z5 Q) w7 Z$ h& Q
QC=αP30(tgφ1－tgφ2)
9 p6 f5 @7 ~6 @" U' J　α為平均負(fù)荷因數(shù),。
! a6 k0 k4 |1 F: ]7 N& V　　5.2　電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償電容器容量確定
2 L& H# i1 E. p$ o　　就地補(bǔ)償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵(lì)磁電流,，因?yàn)椴皇闺娙萜髟斐勺詣?lì)是選用電容器容量的必要條件。負(fù)載率越低,，功率因數(shù)越低,；極數(shù)愈多,，功率因數(shù)越低；容量愈小,，功率因數(shù)越低,。但由于無功功率主要消耗在勵(lì)磁電流上，隨負(fù)載率變化不大,，因此應(yīng)主要考慮電動(dòng)機(jī)容量和極數(shù)這兩個(gè)參數(shù),，才能得到最佳補(bǔ)償效果?？捎檬?4)計(jì)算,。
# ]$ G: u, _4 _" w$ i1 g2 J　　6　結(jié)合工程實(shí)例談電容補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用;
以某大型項(xiàng)目中能源中心為例，該項(xiàng)目設(shè)備裝機(jī)容量約為21000多千瓦,，其中高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備容量為5400多千瓦,，其他低壓設(shè)備容量為5000多千瓦。供電電源的電壓等級(jí)為10kV,。本著“節(jié)能,、高效”的方針，初次嘗試了采用燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組自發(fā)電,，冷,、熱、電三聯(lián)供,，做到汽電共生,，實(shí)現(xiàn)能源綜合利用。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)分析,，采用10kV作為高壓電動(dòng)機(jī)的供電電壓等級(jí),，投資較省，同時(shí)亦減少變電環(huán)節(jié),，也就減少了故障點(diǎn),。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，共采用六路10kV電源,，分別對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)直配,。
+ X' g4 D8 d. j- Z4 y　　在這個(gè)項(xiàng)目中，高壓電動(dòng)機(jī)主要用于空調(diào)系統(tǒng)中的中央空調(diào)機(jī)組,，以及主機(jī)的外部設(shè)備——冷凍水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)泵多臺(tái)設(shè)備,。這些設(shè)備單機(jī)容量很大，離心機(jī)組單機(jī)最大達(dá)2810kW(共5臺(tái)),，小的870kW(共4臺(tái)),，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)560kW(共9臺(tái))，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)亦有380kW(共3臺(tái))，自然功率因數(shù)在0.8左右,。如果在10kV配電室集中補(bǔ)償電容,，不采用高壓無功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑挘绱舜笕萘康碾妱?dòng)機(jī)起,、停會(huì)使10kV側(cè)功率因數(shù)不穩(wěn)定,，有可能造成過補(bǔ)償，引起系統(tǒng)電壓升高,。同時(shí),，從配電室至冷凍機(jī)房高壓電動(dòng)機(jī)的線路最近50m，最遠(yuǎn)140m,，線路損耗相當(dāng)可觀,，綜合考慮到高壓自動(dòng)補(bǔ)償元件、技術(shù),、價(jià)格均要求高,，因此采用高壓電容器就地補(bǔ)償，與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切,。高壓電容器組放置在電動(dòng)機(jī)附近,。這些電動(dòng)機(jī)采用自耦降壓起動(dòng)方式，高壓就地補(bǔ)償裝置以并聯(lián)電容器為主體,，采用熔斷器做保護(hù),，裝設(shè)避雷器用于過電壓保護(hù)，串聯(lián)電抗器抑制涌流和諧波,。這樣做,，不僅提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，降低了線路損耗,，同時(shí)釋放了系統(tǒng)容量,，縮小了饋電電纜的截面，節(jié)約了投資,。
2 A7 h+ @; I, i! v8 H4 r　　對(duì)于低壓設(shè)備，由二臺(tái)1000kVA及二臺(tái)1600kVA變壓器配出,，低壓電機(jī)布置較分散,，因此，在變電所變壓器低壓側(cè)采用電容器組集中自動(dòng)補(bǔ)償,。雖然一些低壓電動(dòng)機(jī)的容量也不小,，就地補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益亦有，但這些設(shè)備主要用于鍋爐房和給排水設(shè)備,，鍋爐房的設(shè)備不如冷凍機(jī)房集中,，環(huán)境較差，管理不便，因此,，在低壓配電室采用按功率因數(shù)大小自補(bǔ)償是較合適的,。
$ O+ W: f+ L' U% u. F3 g- n　　7　總結(jié)
對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果是有目共睹的，在應(yīng)用的過程中,，還應(yīng)該在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上綜合考慮,，根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，來決定是采用集中補(bǔ)償還是就地補(bǔ)償,，還是兩者綜合采用,，從而達(dá)到使電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　來源：中國(guó)電力網(wǎng)