无功补偿与企业的切身利益(上)

北京赤那思电气技术有限公司 作者：战子英　

电能是企业的必耗成本，与企业效益息息相关。那么用电企业怎样才能提高电能的利用率和使用效率,保证电能质量，从而最大限度地降低在此方面的损失呢？
无功电源同有功电源一样,是保证电能质量不可缺少的组成部分。在电力系统中应保持无功平衡,因此解决用电系统无功容量不足，装设无功补偿设备,提高功率因数，对于用电企业的降损节电、用电系统的安全可靠运行有着极为重要的意义。
北京赤那思电气技术有限公司是无功补偿装置的专业生产厂家，多年的工作实践中我们积累了很多宝贵的经验。在这里我们把它整理出来与同行及企业共同分享。

一、无功补偿的效益
1、降低线损和变损方面
对于企业而言，线损主要在低压线路。安装无功补偿装置后功率因数提高，线路电流会下降这样线路损耗降低，变压器的有功损失也会降低。
对于高压计量的用户，在低压侧安装无功补偿装置，可降低安装点与计量点间的线损，其线损降低量与安装点的位置有关。如下图，C为高压集中补偿装置，C1、C2为低压集中补偿装置，C3、C4为单独就地补偿装置，M为交流电动机。安装低压集中补偿装置C1，降低的线损为A、D间，但线损要分段计算，分A、C段的线损与C、D段的线损，因为这两段流过的电流是不同的。安装低压集中补偿装置C2，降低的线损为A、B间的。安装单独就地补偿装置C3、C4，降低的线损也要分段计算。如果安装高压补偿电容器，降低的线损为计量点之前的，这部线损不在用户的范围内。

对于低压计量的用户，计量点虽然在变压器的二次侧，但电业部门考核时以变压器一次侧的考核点为准。如下图，同样补偿装置安装在不同的位置降低的线损也是不同的。

由以上两图可以看出：单独就地补偿的效果最好，但补偿点分散，不便于维护。
安装补偿装置后，可以降低安装点前变压器的有功损失，所以低压补偿对降低变压器的有功损失效果最好。变压器的有功损失包括铁损和铜损两部分，铁损与一次侧电压的平方成正比，一次侧电压基本不变，所以铁损可认为是不变的有功损失；铜损与二次侧电流的平方成正比，二次侧电流是随负载变化的，所以铜损可认为是可变的有功损失。
线损节电量=
变压器铜损节电量=
线损降低率=



线损降低率与变压器铜损降低率是相同的。
用电企业的自然功率因数一般在0.7左右,功率因数从0.7提高到0.95以上线损降低率和变压器的铜损降低率如下表:
COSΦ1 0.7 0.7 0.7 0.7
COSΦ2 0.95 0.97 0.98 1
线损降低率 46% 48% 49% 51%

COSΦ1 0.7 0.7 0.7 0.7
COSΦ2 0.95 0.97 0.98 1
变压器铜损降低率 46% 48% 49% 51%


其中：
R:线路电阻,Ω
P:线路传输的有功功率,KW
T:设备运行时间,h
UL:线路线电压,KV
COSΦ1、COSΦ2：补偿前后的功率因数
K：负荷系数（一班制3.6；二班制1.8；三班制1.2）
PK：变压器铜损，KW
T1：变压器运行时间，h
A:用户变压器二次侧有功用电量, KWh
S:变压器额定容量,KVA
2、提高设备使用效率
天津有一用户，变压器容量为250KVA，平时总电流为280A，功率因数为0.7，现在要增加75KW的电动机。如果不采取措施的话，变压器的容量不够用，须更换变压器。
我公司根据实际情况，采取如下解决方案：
在该变压器二次侧对现有设备进行集中补偿,补偿后功率因数提高,变压器的出力增加。总电流为280A时变压器所带负载为P= UICOSφ= ×0.4×280×0.7=136KW
变压器出力增加=
加上75KW的电动机总负载为211KW。进行无功补偿只要把功率因数提高到0.844便可达到增容的目的。考虑到其它的原因，功率因数提高到了0.95。这样无需更换变压器便能增加75KW的电动机。
COSΦ1 0.7 0.7 0.7 0.7
COSΦ2 0.95 0.97 0.98 1
变压器铜损降低率 36% 39% 40% 43%


3、提高电压
在一定的电压下向负载输送一定的有功功率时，负载的功率因数越低，通过输电线的电流越大，导线阻抗的电压降落越大，这样负载的端电压就低，使设备得不到充分的利用。
在线路中电压损失△U的计算公式如下
（KV）
式中
P：有功功率，KW
Q：无功功率，Kvar
U：额定电压，KV
R：线路总电阻，Ω
XL：线路感抗，Ω
由上式可见，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失也就减少了。
威海威东日集团有限公司有一车间，设备端电压仅为360V，设备起动困难，起动电流大，经常出现设备烧坏现象。我公司根据实际情况进行低压集中补偿和单独就地补偿后电压提高了40V。很好地解决了上述问题，不仅紧稳定了电压质量，而且电动设备的维护量大大减少，为生产提供了良好的保障。
按提高电压确定补偿容量
QC＝△UU2/X　(Kvar)
式中△U：需要提高的电压值，V
U2：需要达到的电压值，KV
X：线路电抗，Ω
4、罚款与奖励
全国供用电规则规定，高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0.9以上；其它100KVA(KW)及以上电力用户和大中型电力排灌站，功率因数为0.85以上；农业用电，功率因数为0.8以上。凡是功率因数达不到上述规定的用户，电业部门对其加收一部分电费——力率电费；如果功率因数超过上述规定的用户，电业部门会对其减收一部分电费——奖励电费。具体按照《功率因数调整电费办法》执行。
高压计量的用户：
力率电费=(电度电费+基本电费)×罚款比例
奖励电费=(电度电费+基本电费)×奖励比例
低压计量的用户：
力率电费=电度电费×罚款比例
奖励电费=电度电费×奖励比例
电度电费是指动力电费，不包括照明电费，照明是不收力率电费的。对于低压计量的用户电度电费中还包括线损电费和变压器的有功损失电费。高压计量的用户当变压器的容量超过315KVA时收基本电费，基本电费是按变压器的容量来收取的。
在沈阳有一居民小区，月用电量为20万度，控制器上显示功率因数为0.998，但仍然有力率电费。经我公司的分析：原来此用户有灯力比为9:1，参与力率电费计算的动力电量仅为2万度，实际功率因数仅为0.85，此用户执行0.9标准，所以仍有力率电费.要想消除力率电费,必需把无功控制在1万度以内，我公司的补偿装置运用编码+循环的投切方式把每小时的无功控制在5Kkvar之内，很容易把此用户的无功控制在1万度内，从而消除力率电费。
哈尔滨东北轻合金有限公司原有高压补偿装置，手动运行，由于工作人员的仔细维护，每月功率因数控制在0.9左右，基本上消除了力率电费。我公司根据现场的实际情况分析，进行自动补偿，提高补偿精度,可把功率因数提高到0.98以上，用户可得到最高奖励,奖励电费每月6万多元。