楊勇

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司第七設(shè)計(jì)研究院，廣東深圳 518133）

芻議如何提高水廠配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)效性

楊勇

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司第七設(shè)計(jì)研究院，廣東深圳 518133）

管理水廠的功率因數(shù)，其根本目的就在于使電力部門電能質(zhì)量的迫切要求得到滿足，有效減少設(shè)備無(wú)功損耗，進(jìn)而使電耗成本有效降低。提升水廠的實(shí)際功率因數(shù)，不但能夠使供電設(shè)備所具備的生產(chǎn)能力得到顯著提高，降低線路的損失，提升電壓質(zhì)量，而且還能有效改善用電設(shè)備的實(shí)際工作效率，并節(jié)約電能，能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

水廠配電系統(tǒng)；功率補(bǔ)償；實(shí)效性

當(dāng)前，我國(guó)供水企業(yè)中，自來(lái)水供應(yīng)中所產(chǎn)生的成本主要來(lái)源于自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的電耗，尤其是山地類型的城市在供水過(guò)程中的實(shí)際能耗非常大。對(duì)水廠功率因數(shù)進(jìn)行管理實(shí)際上就是對(duì)用電設(shè)備的實(shí)際功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，保證負(fù)荷功率因數(shù)在能夠滿足電力部門要求的情況下，對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，以提升設(shè)備的整體利用效率，進(jìn)而使輸變電線路中的實(shí)際損耗減小，降低能耗。

1 對(duì)水廠功率因數(shù)產(chǎn)生影響的主要因素

（1）在水廠設(shè)備的選用中，導(dǎo)致無(wú)功功率損耗產(chǎn)生的最為重要的感性設(shè)備就是大范圍使用的變壓器以及異步電動(dòng)機(jī)。

（2）供電電壓的實(shí)際波動(dòng)超過(guò)規(guī)定范圍。在供電電壓超出規(guī)定額定值的10%的情況下，因?yàn)槭艿酱怕凤柡颓闆r的影響，會(huì)導(dǎo)致無(wú)功功率迅速的增加。根據(jù)相關(guān)資料顯示，在供電電壓的實(shí)際值是規(guī)定額定值的110%的情況下，通常情況下無(wú)功功率將會(huì)提升35%左右。在供電電壓低于規(guī)定額定值的情況下，無(wú)功功率會(huì)出現(xiàn)降低的情況，同時(shí)其功率因數(shù)會(huì)有相應(yīng)的提升，但是電壓方面的降低會(huì)直接對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，要積極采取相應(yīng)的措施保證電力系統(tǒng)在整體的供電過(guò)程中電壓盡量維持穩(wěn)定。

（3）變頻器能夠?qū)β室驍?shù)產(chǎn)生影響。在變頻器的實(shí)際工作過(guò)程中，會(huì)伴生很多的高次諧波，這些高次諧波不但能夠?qū)τ秒娫O(shè)備的自身耐壓性造成很大的威脅，還能夠消耗很多無(wú)用功率，導(dǎo)致功率因數(shù)的下降，甚至能夠?qū)е轮車碾娏υO(shè)備不能正常的運(yùn)行。

2 對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行管理的價(jià)值

（1）對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行管理能夠使電力系統(tǒng)功率因數(shù)的實(shí)際檢測(cè)要求得到滿足。以用電設(shè)備所表現(xiàn)出來(lái)的功率因數(shù)為基礎(chǔ)，能夠計(jì)算出輸電線路的實(shí)際電損。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)所進(jìn)行的技術(shù)方面的改造，能夠有效地用比所規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)還要低的功率因素達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（2）對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行管理能夠使電力損失以及線損有效降低。在一般情況下，從不同類型的線路與負(fù)荷情況出發(fā)，企業(yè)動(dòng)力配線的實(shí)際電力損耗在3%～4%之間，在通過(guò)電容手段使功率因數(shù)得到提升以后，總電流量減小，能夠使線路損耗以及變壓器銅耗有效降低。因?yàn)榫€路在電流傳送時(shí)變小了，配電系統(tǒng)中線路電壓方面的損失就會(huì)降低，對(duì)系統(tǒng)電壓的整體穩(wěn)定性有積極影響，極大的有利于大電機(jī)的正常啟動(dòng)。

（3）對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行管理能夠使設(shè)備的壽命有效延長(zhǎng)。在對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行改善后，線路的總電流會(huì)相應(yīng)降低，造成接近或者說(shuō)已經(jīng)飽和的開關(guān)等各種電力設(shè)備以及線路的實(shí)際負(fù)荷值減小，所以能夠通過(guò)降低溫升來(lái)增加設(shè)備的使用壽命。

（4）對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行管理能夠使供電設(shè)備的實(shí)際設(shè)計(jì)容量降低，減少投資。針對(duì)現(xiàn)狀存在的供電設(shè)備而言，在相同的有功功率條件下，cosφ增加，負(fù)荷電流就會(huì)相應(yīng)減小，所以負(fù)荷功率在傳輸過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的配電設(shè)備如變壓器、導(dǎo)線以及開關(guān)等都能夠使功率儲(chǔ)備提升，充分發(fā)掘了設(shè)備的潛力。針對(duì)新建設(shè)的工程項(xiàng)目而言，變壓器容量的降低能夠有效降低項(xiàng)目的投資費(fèi)用以及項(xiàng)目運(yùn)行后執(zhí)行的基本電費(fèi)水平。

（5）對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行管理能夠使水廠電費(fèi)支出有效減低。通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ嵘β室驍?shù)方面的節(jié)能主要分為兩個(gè)方面，即能耗節(jié)約以及功率獎(jiǎng)勵(lì)。用戶的實(shí)際功率因數(shù)以0.9作為基礎(chǔ)，把功率因數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步提升后所得到的實(shí)際功率獎(jiǎng)勵(lì)用公式表示為：

Y=A（cosφ2-0.9）×0.15%×K

公式中，Y表示的是功率獎(jiǎng)勵(lì)，單位是元；A表示的是用戶的月用電量，單位是kWh；cosφ2表示的是無(wú)功補(bǔ)償后所顯示的功率因數(shù)；K表示的是單位電價(jià)，單位是元/kWh。

3 對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行管理的主要措施

（1）增加自然功率因數(shù)。在供電系統(tǒng)中，增加自然功率因數(shù)會(huì)有相對(duì)固定的方法，也就是通過(guò)減小備用功率來(lái)達(dá)到提高功率因數(shù)的目的，主要包括以下幾個(gè)部分。

1）在異步電動(dòng)機(jī)的選擇使用上，要正確選擇容量以及型號(hào)，保證其無(wú)限接近滿載運(yùn)行的狀態(tài)。由于異步電動(dòng)機(jī)自身的功率因數(shù)在70%到滿載運(yùn)行這一階段內(nèi)處于較高數(shù)值，因此，選擇適合的異步電動(dòng)機(jī)，保證其額定容量與負(fù)荷相匹配，對(duì)提高功率因數(shù)起到非常重要的正面作用。

2）更換輕負(fù)荷類型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，或者對(duì)輕負(fù)荷類型的電動(dòng)機(jī)所配備的接線進(jìn)行變更。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)荷低于額定容量的40%的情況下，應(yīng)該更換容量更小的電動(dòng)機(jī)。如果不對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行更換，就要變更電動(dòng)機(jī)配件中定子繞組上配備的接線，比方說(shuō)把三角類型的接線變更為星形的接線，以達(dá)到減弱定子繞組電壓的目的，降低勵(lì)磁電流，進(jìn)而增加功率因素。

3）電力變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在變壓器的實(shí)際負(fù)荷率高于60%以上的情況下，變壓器的運(yùn)行才較為經(jīng)濟(jì)，在正常情況下，應(yīng)該維持在75%～80%之間。為了達(dá)到增加功率因數(shù)與充分使用設(shè)備的目的，電力變壓器不適合在輕載的情況下運(yùn)行，在變壓器的實(shí)際負(fù)荷率低于30%時(shí)，應(yīng)該替換為小容量的變壓器。

4）對(duì)工藝流程進(jìn)行合理的安排與調(diào)整，以有效提升電氣設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，避免設(shè)備出現(xiàn)空載運(yùn)行的情況，針對(duì)負(fù)荷率小于70%以及最大負(fù)荷小于90%的線繞類型的異步電動(dòng)機(jī)，在適當(dāng)?shù)那闆r下進(jìn)行同步化運(yùn)行。

（2）采用人工補(bǔ)償。對(duì)無(wú)功進(jìn)行就地的補(bǔ)償，能夠在最大程度上降低供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的無(wú)功功率，保證企業(yè)整體供電線路在運(yùn)行過(guò)程中的功率損耗、線路所配備變壓器的容量、導(dǎo)線的截面以及開關(guān)設(shè)備的容量都會(huì)呈現(xiàn)出降低的情況，從技術(shù)觀點(diǎn)而言，是一種最理想的補(bǔ)償方法。

1）對(duì)補(bǔ)償容量進(jìn)行計(jì)算。在采用電容器補(bǔ)償時(shí)，首先需要考慮到的是企業(yè)現(xiàn)在所具有的功率因數(shù)，經(jīng)計(jì)算來(lái)獲取電容器的實(shí)際數(shù)量，比方說(shuō)把現(xiàn)有的功率因數(shù)由cosφ1增加到cosφ2的過(guò)程中所需要的電容器容量實(shí)際值為Qc，則

其中，Qc指的是應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率；P1指的是在最大負(fù)荷月份有功功率的平均值；cosφ1指的是補(bǔ)償前的功率因數(shù)的平均值；cosφ2指的是補(bǔ)償后的功率因數(shù)的平均值。

而工礦類型的企業(yè)，其功率因數(shù)會(huì)因用電負(fù)荷的波動(dòng)以及電壓的改變而發(fā)生改變。

2）進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)木唧w方式。依照人工補(bǔ)償通用的原則，一般有三種方式進(jìn)行人工補(bǔ)償。

①集中補(bǔ)償方式。把電力電容器在企業(yè)內(nèi)部變電所位于高低壓側(cè)這一位置的電容器室中進(jìn)行集中裝置，通過(guò)變電所內(nèi)的工作人實(shí)行管理，具有利用率高且方便維護(hù)的顯著優(yōu)勢(shì)，但是不能有效降低企業(yè)在內(nèi)部所設(shè)置的配電網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生無(wú)功功率。

②低壓分散補(bǔ)償方式。電容器裝置的位置一般是車間配電所所配備的低壓母線上，所產(chǎn)生的實(shí)際效果要優(yōu)于集中補(bǔ)償。

③就地補(bǔ)償方式。就地補(bǔ)償方式能夠在高壓與低壓網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，通過(guò)把電容器與附近用電設(shè)備的直接連接，因此通常與用電設(shè)備使用相同的開關(guān)，在投入運(yùn)行和斷開時(shí)與通電設(shè)備保持同步，靈活方便、投資少且補(bǔ)償效果明顯是其顯著優(yōu)勢(shì)。隨著就地補(bǔ)償方式的不斷完善，它受到的關(guān)注也越來(lái)越多，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中就有著相關(guān)規(guī)定：不低于50千瓦的異步電動(dòng)機(jī)，在保證安全的情況下，就地對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

4 功率因數(shù)管理過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)投入

依據(jù)現(xiàn)行的《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，屬于專變用戶的，其功率因數(shù)不得低于0.9，如果無(wú)法達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)對(duì)電費(fèi)依據(jù)功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整，而對(duì)于功率因數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的用戶，則會(huì)得到由供電公司提供的獎(jiǎng)勵(lì)。

然而，對(duì)于用戶來(lái)講，無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中的投入和產(chǎn)出具有非線性的特征。在無(wú)功投入比較少的情況下，有可能導(dǎo)致對(duì)費(fèi)用支出進(jìn)行高額調(diào)整；在無(wú)功投入比較多的情況下，費(fèi)用節(jié)約的實(shí)際效果就不會(huì)非常顯著。對(duì)于一般用戶而言，功率因數(shù)在0.9～0.95之間就能夠滿足了，沒有必要在無(wú)功補(bǔ)償裝置方面投入過(guò)多，以避免出現(xiàn)資金的沉淀。

依據(jù)《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)增減查對(duì)表》的相關(guān)規(guī)定，用電戶的實(shí)際功率因數(shù)不超過(guò)0.9的情況下，無(wú)功電量每提高10%，實(shí)際支出的電費(fèi)將多出1%。

（1）在無(wú)功電量與有功電量相等的情況下，功率因數(shù)僅有69%，所支出的電費(fèi)將多出11%。

（2）在無(wú)功電量是有功電量的兩倍的情況下，功率因數(shù)僅有45%，所支出的電費(fèi)將多出55%。

在功率因數(shù)為0.9的情況下，無(wú)功電量每減少20%，實(shí)際支出的電費(fèi)僅能少支出0.2%。

（1）在無(wú)功電量為有功電量的40%的情況下，功率因數(shù)是93%，所支出的電費(fèi)將減少0.45%。

（2）當(dāng)無(wú)功完全補(bǔ)償?shù)那闆r下，功率因數(shù)能夠達(dá)到100%，所支出的電費(fèi)僅能減少0.75%。

5 結(jié)論

對(duì)水廠的功率因數(shù)進(jìn)行管理，其根本目的就在于使電力部門要求電能質(zhì)量的迫切要求得到滿足，有效減少設(shè)備無(wú)功損耗，進(jìn)而使電耗成本有效降低。提升水廠的實(shí)際功率因數(shù)，不但能夠使供電設(shè)備所具備的生產(chǎn)能力得到顯著提高，降低線路的損失，提升電壓質(zhì)量，而且還能有效改善用電設(shè)備的實(shí)際工作效率，并節(jié)約電能，因此，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益是很巨大的。

［1］謝淼舟，康宏濤，賀麗華.變頻調(diào)速在包鋼軌梁廠輥道電機(jī)上的應(yīng)用［J］.包鋼科技，2007（05）：128-134.

［2］李忠旺，陳建芳.制氮機(jī)組異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)研究［J］.包鋼科技，2007（S1）：112-123.

［3］賀麗華，王斌.矢量控制在薄板精軋機(jī)變頻調(diào)速中的應(yīng)用［J］.包鋼科技，2008（02）：186-194.

［4］閆澤陸.DEP-800綜合自動(dòng)化裝置在開關(guān)站中的應(yīng)用［J］.包鋼科技，2010（05）：219-226.

［5］蔣家久.電容補(bǔ)償裝置投切涌流與過(guò)電壓的研究［J］.大功率變流技術(shù)，2008（06）：230-239.

［6］蔣家久.TCR型SVC相控電抗器參數(shù)選擇［J］.大功率變流技術(shù)，2009（04）：312-322.

［7］ 劉華東，王衛(wèi)安，黃燕艷.STATCOM治理電弧爐的研究［J］.大功率變流技術(shù)，2011（04）：156-159.

Discussion on How to Improve the Water Distribution System Reactive Power Compensation Effectiveness

YANG Yong
（Central and Southern China Municipal Engineering Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Shenzhen518133，China）

Managing water power factor，its fundamental purpose is to make the power sector urgently power quality requirements are met effectively reduce reactive loss device， thereby enabling cost-effectively reduce power consumption.Improve the power factor of the actual water，not only to make power equipment production capacity has been significantly improved，reduce line losses，improve voltage quality，but also effectively improve the efficiency of the actual work of electrical equipment，and save energy，able to bring to the huge economic and social benefits.

water distribution system；power compensation；effectiveness

TM642

A

1009－9492(2014)03－0087－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.027

楊 勇，男，1981年生，湖北武漢人，碩士研究生，工程師。研究領(lǐng)域：市政工程電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

(編輯：王智圣)

2013－09－25