在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來效益。

5.1、節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。

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)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。可見，提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。

5.2、提高設(shè)備的利用率。

對(duì)于原有供電設(shè)備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(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)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力;對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來說則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補(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)。

5.3、降低系統(tǒng)的能耗。

補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%= (1-I22/I12)×100%=(1- COS2φ1/ COS2φ2) × 100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由(2)式可求得有功損耗將降低20%～45%。

5.4、改善電壓質(zhì)量。

以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

△U=(PR+QX)/Ue×10-3(KV) 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的;QX/Ue→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的;

配電線路：X=(2~4)R，△U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

變壓器：X=(5~10)R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。因此，無功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量(一般電壓穩(wěn)定不宜超過3%)。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)于無功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個(gè)輔助作用。

5.5、三相異步電動(dòng)機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：

△S=P/ COSφ1×[( COSφ 2/ COSφ1)-1]

如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1]=24KVA

6、應(yīng)用實(shí)例：

煙臺(tái)市能源監(jiān)測(cè)中心于2003年4月24、29、30日對(duì)煙臺(tái)氨綸股份有限公司B區(qū)制冷機(jī)、空壓機(jī)電機(jī)進(jìn)行了電機(jī)補(bǔ)償裝置的安裝調(diào)試，從安裝后測(cè)試結(jié)果看，平均降低電流22-51(A)，電機(jī)功率因數(shù)提高到0.98，(見測(cè)試結(jié)果對(duì)比表)，減少了公司內(nèi)部低壓電網(wǎng)的消耗，從而達(dá)到了節(jié)電的目的。

測(cè)試結(jié)果對(duì)比表

設(shè)備名稱 設(shè)備容量(kW) 補(bǔ)前功率因數(shù)COSφ1 補(bǔ)后功率因數(shù)COSφ2 電流下降△(A)

制冷壓縮機(jī)LM1-110M、B4 110 0.84 0.98 22

制冷壓縮機(jī)LM1-200M、B2 220 0.89 0.98 41

制冷壓縮機(jī)LM1-250MA1、C1 250 0.86 0.98 51

制冷壓縮機(jī)2DLGS-K2、D2 250 0.89 0.986 49

制冷壓縮機(jī)2DLGS-K2、D5 250 0.89 0.98 48

空氣壓縮機(jī)20S-200A、D1 150 0.87 0.98 38

空氣壓縮機(jī)20S-200A、D2 150 0.86 0.978 36

空氣壓縮機(jī)20S-200A、D3 150 0.87 0.982 40

空氣壓縮機(jī)60A-160、B1 160 0.88 0.98 46

空氣壓縮機(jī)60A-160、B2 160 0.89 0.973 48

1、由于電流減少，變壓器的銅損及公司內(nèi)部的低壓損耗都降低。

配電系統(tǒng)電流下降率△I%=(1-0.87/0.98)×100%=11%；

配電系統(tǒng)損耗下降率 △P%=(1-0.872/0.982)×100%=21%

2.該公司B區(qū)制冷機(jī)、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘繛?80千乏，電流平均總下降518(A),依據(jù)GB/T12497-1997中計(jì)算公式，安裝電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償裝置后，年可節(jié)電量=補(bǔ)償容量×無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量×年運(yùn)行時(shí)間=780×0.04×24×300=224640kWh，節(jié)約價(jià)值11.2萬元，補(bǔ)償投資費(fèi)用(包括設(shè)備的購(gòu)置、安裝及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試)為：6.24萬元。(80元/千乏)

7、結(jié)論

文中集中探討了無功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的方法，討論了如何確定無功功率的補(bǔ)償容量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約電能的目的。