摘　要：分析了工礦企業(yè)采用無功補(bǔ)償技術(shù)的必要性，介紹了無功補(bǔ)償方式的確定及補(bǔ)償容量的計(jì)算方法,，并論述了加強(qiáng)無功補(bǔ)償裝置管理,、提高運(yùn)行效率應(yīng)注意的問題,。
1　前　言
　　供電部門在向用電單位（以下簡稱用戶）輸送的三相交流功率中，包括有功功率和無功功率兩部分,。將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,、熱能、光能等那一部分功率叫有功功率,，用戶應(yīng)按期向供電部門交納所用有功電度的電費(fèi),；無功功率為建立磁場而存在并未做功，所以供電部門不能向用戶收取無功電度電費(fèi),，但無功功率在輸變電過程中要造成大量線路損耗和電壓損失,，占用輸變電設(shè)備的容量，降低了設(shè)備利用率,。因此,，供電部門對(duì)輸送給用戶的無功功率實(shí)行限制,，制訂了功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn),，采用經(jīng)濟(jì)手段———功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)對(duì)用戶進(jìn)行考核。用戶功率因數(shù)低于考核標(biāo)準(zhǔn),，調(diào)整電費(fèi)是正值,，用戶除了交納正常電費(fèi)之外，還要增加支付調(diào)整電費(fèi)（功率因數(shù)罰款）,；用戶功率因數(shù)高于考核標(biāo)準(zhǔn),，調(diào)整電費(fèi)是負(fù)值，用戶可以從正常電費(fèi)中減去調(diào)整電費(fèi)（功率因數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)）,。

　　用電設(shè)備如變壓器,、交流電動(dòng)機(jī)、熒光燈電感式鎮(zhèn)流器等均是電感性負(fù)荷,，絕大多數(shù)用戶的自然功率因數(shù)低于考核標(biāo)準(zhǔn),，都要采取一些措施進(jìn)行無功補(bǔ)償來提高功率因數(shù)。安裝移相電力電容器是廣大用戶無功補(bǔ)償?shù)氖走x方案,。
2　無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)意義
2．1　提高輸變電設(shè)備的利用率　
有功功率

　　當(dāng)線電流I和線電壓U一定時(shí),，功率因數(shù)cosφ提高后，有功功率P就提高了,。供電部門同樣的變壓器容量和輸電線路就可向用戶輸送更多的有功功率,。或者說,，在輸送同樣容量的有功功率P時(shí),，當(dāng)cosφ提高后，變壓器容量就可以相應(yīng)減小,，輸電線路可以相應(yīng)減小導(dǎo)線截面,，降低了設(shè)備投資和投運(yùn)后的運(yùn)行費(fèi)用,。當(dāng)用戶設(shè)法提高負(fù)載終端功率因數(shù)后，上述利益用戶也將共享,。
2．2　降低電壓損失,，提高末端電壓水平
輸送功率的過程中，線路產(chǎn)生的電壓損失為ΔU,，可用下式計(jì)算

式中：P———輸送的有功功率,，kW；
Q———輸送的有功功率,，kV,；
R———線路導(dǎo)線、變壓器繞組電阻,，Ω,；
X———線路導(dǎo)線、變壓器繞組電抗,，Ω,；
Ue———線路額定線電壓，V,。
　　由式（1）可見,，電壓損失包括有功部分損失（PR）及無功部分損失（QX）兩部分，而且對(duì)于導(dǎo)線截面較大的架空線路來說,，主要是無功部分損失,。當(dāng)采用無功補(bǔ)償技術(shù)后，降低了Q,，無功部分電壓損失就明顯降低了,，從而提高了末端電壓。
2．3　降低線路損耗
　　電流在供配電線路及變壓器繞組中傳輸過程將產(chǎn)生功率損耗,。三相交流電輸變配損耗功率ΔP由下式計(jì)算：

式中：I———線路電流,，A；
U———線路電壓,，V,；
P———輸送的有功功率，k W,；
R———每相線路電阻,，Ω。
　　由式（2）可見,，ΔP與I的平方成正比,，與cosφ平方成反比。所以在采取無功補(bǔ)償后，電流減小了,，cosφ提高了,，可明顯降低ΔP，達(dá)到降損節(jié)電的目的,。
2．4　減少電費(fèi)支出
2．4．1　減少基本電費(fèi)支出
　　根據(jù)全國供用電規(guī)則規(guī)定,，變壓器容量在315kVA及以上的大工業(yè)用電戶均實(shí)行兩部制供電計(jì)費(fèi)辦法。用戶向供電部門交納電度電費(fèi)外,，還要按變壓器容量大小交納基本電費(fèi),，標(biāo)準(zhǔn)為18元／kVA·月（按最大需量計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為27元／kVA·月）?；倦娰M(fèi)與變壓器容量有關(guān),，與用電量多少無關(guān)。因此通過合理的無功補(bǔ)償措施后,，使用同樣的有功功率,，可以減少變壓器容量，每月就可以減少基本電費(fèi)支出,。特別對(duì)一些因生產(chǎn)發(fā)展,，用電負(fù)荷增加，計(jì)劃購置較大容量的新變壓器來置換原變壓器,，經(jīng)過合理無功補(bǔ)償后,，原變壓器就可能會(huì)滿足新增用電負(fù)荷,，這不但每月可以節(jié)支可觀的基本電費(fèi),，而且省去了購置新變壓器的費(fèi)用。
2．4．2　減少功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)支出
　　用戶平均功率因數(shù)計(jì)算是根據(jù)無功電量及有功電量計(jì)算出來的,，即

式中：Wp———t時(shí)間內(nèi)的有功電量,，kWh；
WQ———t時(shí)間內(nèi)的無功電量,，kVArh,。
調(diào)整電費(fèi)計(jì)算方法：
　　調(diào)整電費(fèi)＝（電度電費(fèi)＋基本電費(fèi)）·k％（元）
式中：k———功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)調(diào)整百分率?！　?br> 根據(jù)用戶變壓器容量,、生產(chǎn)類別等因素，將用戶功率因數(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)分成0．90,、0．85,、0．80三類。以0．90為考核標(biāo)準(zhǔn)的k值可從表1中查出,。

從表中可以清楚地看出,，功率因數(shù)高低與調(diào)整電費(fèi)百分率k值基本是反比關(guān)系。當(dāng)用戶功率因數(shù)大于0．90，調(diào)整電費(fèi)成為負(fù)值,，可減少總電費(fèi)的支出,；功率因數(shù)低于0．90，調(diào)整電費(fèi)為正值,，用戶要增加電費(fèi)支出,。
下面通過實(shí)例計(jì)算來進(jìn)一步說明這一問題?！　?br> 某大工業(yè)用戶變壓器容量1000kVA,，上月有功電量為30萬kWh，無功電量為25萬kVArh,。經(jīng)采取無功補(bǔ)償措施后,，本月有功電量為30萬kWh，無功電量為10萬kVArh,，平均電價(jià)0．60元／kWh,，試計(jì)算采取補(bǔ)償措施后減少電費(fèi)支出多少？
采取無功補(bǔ)償措施前的總電費(fèi)：
電度電費(fèi)＝0．6×30＝18萬元,，
基本電費(fèi)＝18×1000×10－4＝1．8萬元總計(jì)19．8萬元,；

（罰）
總電費(fèi)＝18＋1．8＋1．287＝21．087萬元?！　?br> 采取無功補(bǔ)償措施后的總電費(fèi)：電度電費(fèi)及基本電費(fèi)同前為19．8萬元
功率因數(shù)

總電費(fèi)＝19．8－0．1485＝19．6515萬元,。　　
可減少電費(fèi)支出：21．087－19．6515＝1．4355萬元
一年就可節(jié)支電費(fèi)17萬元多,。
　　同時(shí),，由于功率因數(shù)的提高，同樣這臺(tái)1000kVA變壓器,，可以比原來多帶負(fù)荷180kW,，為企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。
3　無功補(bǔ)償方式的選擇和補(bǔ)償容量的確定
3．1　用戶無功補(bǔ)償主要有以下幾種方式
3．1．1　集中補(bǔ)償
　　將補(bǔ)償電容器集中安裝在用戶變電所低壓母線側(cè),，對(duì)全廠進(jìn)行無功補(bǔ)償,。本補(bǔ)償方式可以減少供電部門無功功率的輸入，降低電網(wǎng)和本企業(yè)變壓器的電能損耗,。同時(shí)在各車間無功潮流變化時(shí),，能自動(dòng)相互調(diào)整補(bǔ)償，因此補(bǔ)償設(shè)備利用率高,，投資少,，管理方便。但從變電所到各車間直至被補(bǔ)償用電設(shè)備之間的低壓網(wǎng)絡(luò)中無功電流并未減少,，達(dá)不到企業(yè)內(nèi)部線路降損節(jié)電的效果,。該補(bǔ)償方式必須采用電容器自動(dòng)投切裝置,，否則有可能出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象。
3．1．2　分散補(bǔ)償
　　將補(bǔ)償電容器分散安裝在各個(gè)車間配電間進(jìn)行補(bǔ)償,。該補(bǔ)償方式同時(shí)可降低變電所至各車間供電線路的損耗,，提高車間末端電壓，適用于車間電動(dòng)機(jī)較多但單臺(tái)容量不大,、負(fù)載較輕,、車間到變電所距離較近的地方。

3．1．3　就地（隨機(jī)）補(bǔ)償
　　將補(bǔ)償電容器安裝在離變電所較遠(yuǎn)且容量較大的交流電動(dòng)機(jī)旁的補(bǔ)償,，也叫隨機(jī)（電動(dòng)機(jī)）補(bǔ)償,。這種補(bǔ)償方式是對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行一對(duì)一的單機(jī)無功補(bǔ)償。不但可以減少供電部門無功功率的輸入,，同時(shí)使企業(yè)內(nèi)部低壓網(wǎng)絡(luò)無功得到完全補(bǔ)償,，而且不會(huì)產(chǎn)生過補(bǔ)償。
3．2　補(bǔ)償容量的確定
　　合理的補(bǔ)償容量是獲取理想補(bǔ)償效果的關(guān)鍵,，應(yīng)通過計(jì)算或查表力求準(zhǔn)確,。一是注意實(shí)際有功功率P的確定。有的用戶直接將用電設(shè)備裝機(jī)容量簡單相加后作為全廠有功功率來確定無功補(bǔ)償容量的方法是不正確的,，這樣往往會(huì)造成補(bǔ)償容量過大,。對(duì)已投產(chǎn)的用戶，可通過實(shí)測確定,；對(duì)新上項(xiàng)目的用戶,，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)真確定全廠計(jì)算負(fù)荷Pj，Pj與用電設(shè)備的同期系數(shù),、利用系數(shù)有關(guān),，可參照同類型廠運(yùn)行數(shù)據(jù)或設(shè)計(jì)資料計(jì)算確定。二是注意不要過補(bǔ)償,。有的用戶故意多裝電容器,，人為造成一些時(shí)間內(nèi)過補(bǔ)償,，使無功電度表倒走,，以為最終可以保持高力率。其實(shí)這是一種錯(cuò)誤的理解,。供電部門為用戶安裝的計(jì)量無功電度表具有防倒送功能,，能夠自動(dòng)將其倒送的無功電量累加到實(shí)用無功電量中去。因此倒送得越多,，實(shí)用無功電量越大,，用戶的功率因數(shù)越低。
3．3　補(bǔ)償容量的計(jì)算方法
（1）已知補(bǔ)償前cosφ1和補(bǔ)償后cosφ2：

式中：Qc———補(bǔ)償容量,，kVAr
P———負(fù)荷有功功率,，kW。
　　（2）對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí),，補(bǔ)償容量不可超過電動(dòng)機(jī)空載容量,，以防產(chǎn)生過勵(lì)現(xiàn)象，即

式中：I0———電動(dòng)機(jī)空載電流,，A
Ue———電動(dòng)機(jī)額定電壓,，V。
（3）補(bǔ)償容量查表法
　　可根據(jù)補(bǔ)償前cosφ1和補(bǔ)償后cosφ2查表獲得無功補(bǔ)償率qc（見表2）,，與被補(bǔ)償用電設(shè)備的有功功率相乘,，其積就為所需補(bǔ)償容量Qc，十分方便,。
　　如一用戶有功容量P＝500kW,，cosφ1＝0．80，要求補(bǔ)償?shù)絚osφ2＝0．96,，需補(bǔ)償容量多少,？
查表2，qc＝0．46,，則
　　QC＝P·qc＝500×0．46＝230 kVAr
式中：P———實(shí)際有功負(fù)荷
4　加強(qiáng)對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的管理
　　無功補(bǔ)償設(shè)備投運(yùn)后,，應(yīng)加強(qiáng)管理、維護(hù),，認(rèn)真抄錄相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù),，確保補(bǔ)償預(yù)期效果，這對(duì)用戶來說是十分重要的,。
4．1　注意環(huán)境溫度
　　電力電容器溫升有嚴(yán)格規(guī)定,，環(huán)境溫度過高時(shí)，電容器溫升超過允許值,，會(huì)縮短電容器的使用壽命,，甚至發(fā)生爆炸。當(dāng)溫度過高時(shí),，要加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)或使用專用風(fēng)機(jī)降溫,。電容器上積灰多時(shí)，要進(jìn)行清掃,，以利散熱,。
4．2　注意運(yùn)行電壓
　　電容器的容量與電壓呈平方正比關(guān)系。因此當(dāng)電壓過高時(shí),，會(huì)使補(bǔ)償容量大大超過設(shè)計(jì)容量,，出現(xiàn)過補(bǔ)償。而且容量的提高致使電容器電流升高,，電容器的功率損耗和發(fā)熱量就明顯增加,，威脅電容器的使用壽命和安全,。所以發(fā)現(xiàn)電容器運(yùn)行電壓過高時(shí)，應(yīng)停用部分電容器甚至全部停用,。電容器允許在1．1 Ue下長期運(yùn)行,。
4．3　確保自動(dòng)投切裝置的正常運(yùn)行
　　用戶在生產(chǎn)用電過程中，由于生產(chǎn)工藝,、生產(chǎn)班次及廠體等原因,，用電負(fù)荷不是一成不變的，因此無功補(bǔ)償容量也要相應(yīng)變化,。如果用人工操作投切電容器,，很難達(dá)到要求。因此,，一般都將電容器分成若干組,，根據(jù)變化著的無功補(bǔ)償容量要求，通過一個(gè)自動(dòng)投切裝置將部分電容器組自動(dòng)投入或撤出,，實(shí)現(xiàn)全廠功率因數(shù)的相對(duì)平衡,。這個(gè)自動(dòng)裝置的正常運(yùn)行十分重要，要定期觀察,、檢查,、試驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)失靈,，要及時(shí)修復(fù)或更換,。一些用戶由于管理不善，自動(dòng)投切裝置長期失靈,，致使電容器不能根據(jù)補(bǔ)償要求及時(shí)自動(dòng)投入或退出,，最終功率因數(shù)很低而被罰款，這樣的情況應(yīng)當(dāng)引起重視,。
4．4　認(rèn)真抄錄電量,，掌握功率因數(shù)水平
　　用戶的平均功率因數(shù)是通過有功電量和無功電量計(jì)算出來的。所以每天抄錄有功電量和無功電量,，就可隨時(shí)掌握功率因數(shù)情況,，一旦電度表計(jì)失準(zhǔn)或錯(cuò)抄，用戶的抄表記錄可以作為糾錯(cuò)的依據(jù)之一,。
　　一般人認(rèn)為,，電量這個(gè)月抄少了，下個(gè)月補(bǔ)抄后,，總電量不變，不會(huì)影響電費(fèi)的多少,。對(duì)于有功電量而言,，上述理解是行得通的,，對(duì)無功電量就絕不能這么理解。因?yàn)闊o功電量是計(jì)算功率因數(shù)的主要依據(jù),，而且調(diào)整電費(fèi)的獎(jiǎng)與罰的范圍和比率不是對(duì)稱的（參見圖1,，表1）。
從圖1和表1中可清楚看出：功率因數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)的范圍和比率很??；反之，功率因數(shù)罰款的范圍和比率很大,。所以一旦無功電量錯(cuò)抄或計(jì)算失準(zhǔn),，其結(jié)果截然不同，而且受損的肯定是用戶,。下面舉例予以說明,。
　　一大工業(yè)用戶變壓器容量5000kVA，1月份有功電量200萬kWh,，無功電量80萬kVArh,；2月份有功電量為180萬kWh，無功電量75萬kVArh,。抄表時(shí)1,、2月份有功電量抄得正確，而將1月份無功電量錯(cuò)抄成30萬kVArh,，2月份無功電量錯(cuò)抄成125萬kVArh,。電價(jià)以0．60元／kWh計(jì)，基本電費(fèi)18元／kVA·月,。試計(jì)算由于無功電量錯(cuò)抄,，造成調(diào)整電費(fèi)變化。

（1）按正常抄表計(jì)算

（2）按表計(jì)錯(cuò)抄計(jì)算
1月份：電度電費(fèi)和基本電費(fèi)同前1月份為129萬元

調(diào)整電費(fèi)＝129×（－0．75）％＝－0．9675（獎(jiǎng)）
2月份：電度電費(fèi)和基本電費(fèi)同前2月份為117萬元

＝4．6440萬元　　
抄錯(cuò)一次表,，使用戶多承付了這么多調(diào)整電費(fèi),，所以用戶應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)管理，每天認(rèn)真抄錄有關(guān)數(shù)據(jù),，并計(jì)算分析,，杜絕差錯(cuò)發(fā)生。

5　結(jié)　語
　　通過對(duì)無功補(bǔ)償及其經(jīng)濟(jì)意義,、無功補(bǔ)償方式的選擇和補(bǔ)償容量的確定進(jìn)行論證分析,，說明無功補(bǔ)償技術(shù)既能提高供電設(shè)備的利用率、節(jié)約電能,，又能讓用戶節(jié)約大量的電費(fèi),，具有廣泛的社會(huì)效益。無功補(bǔ)償具有投資?。s1年可回收投資）,、運(yùn)行安全（無轉(zhuǎn)動(dòng)部分）,、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)積極推廣應(yīng)用,。