甘衛(wèi)國(guó)

隨著異步交流電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載的廣泛使用，供配電系統(tǒng)中經(jīng)常流動(dòng)著大量的感性無(wú)功電流。這些無(wú)功電流占用大量的設(shè)備容量，同時(shí)增加了線(xiàn)路輸送電流，增加了線(xiàn)路損耗，使電力設(shè)備得不到充分利用。

無(wú)功補(bǔ)償裝置在供配電系統(tǒng)中能起到提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低配電變壓器及輸送線(xiàn)路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境的作用，是供配電系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)施。合理地選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置容量與補(bǔ)償方式，可以有效減少供電網(wǎng)絡(luò)的損耗，提高受電端電壓質(zhì)量。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)、諧波增大等諸多問(wèn)題。

一、電力行業(yè)對(duì)功率因數(shù)的要求

《電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償及調(diào)壓設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 5554-2019）對(duì)電力用戶(hù)的無(wú)功補(bǔ)償要求：高壓供電的用戶(hù)在最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)宜為0.90 以上，小負(fù)荷時(shí)不應(yīng)向電網(wǎng)倒送無(wú)功。其他100kVA（kW）及以上電力用戶(hù)和大中型電力排灌站，功率因數(shù)宜為0.85 以上。

電力用戶(hù)應(yīng)根據(jù)其負(fù)荷的無(wú)功需求，設(shè)計(jì)和安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.95 以上。為此泵站應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入和切除，提高功率因數(shù)，并且防止無(wú)功電力倒送。

二、無(wú)功補(bǔ)償裝置分類(lèi)

無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備主要分靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償兩種類(lèi)型。靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備包括并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器；動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備包括靜止無(wú)功補(bǔ)償器、靜止無(wú)功發(fā)生器、調(diào)相機(jī)、可控高壓并聯(lián)電抗器等。排灌泵站一般采用靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可滿(mǎn)足無(wú)功補(bǔ)償需求。在排灌泵站電動(dòng)機(jī)型式選擇中，單機(jī)容量在630kVA 及以上電動(dòng)機(jī)，一般選用同步電動(dòng)機(jī)；單機(jī)容量在630kVA 以下的電動(dòng)機(jī)，通常選用異步電動(dòng)機(jī)。

1.同步電動(dòng)機(jī)無(wú)功補(bǔ)償裝置

同步電動(dòng)機(jī)的電樞繞組一般在定子上，勵(lì)磁繞組在轉(zhuǎn)子上。勵(lì)磁繞組由直流電流激勵(lì)，直流勵(lì)磁電流通過(guò)靜止的碳刷與集電環(huán)之間的滑動(dòng)接觸而被導(dǎo)入勵(lì)磁繞組。同步電動(dòng)機(jī)需要配備獨(dú)立的勵(lì)磁直流電源，形成不變磁場(chǎng)，使得轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，故在額定負(fù)載中可保持功率因數(shù)在0.95 以上，同時(shí)在負(fù)載變化時(shí)可通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁電流保持功率因數(shù)恒定。此類(lèi)電機(jī)無(wú)需配置專(zhuān)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置。

2.異步電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償裝置

異步電機(jī)是定子送入交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子受感應(yīng)而產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)作用使得轉(zhuǎn)子跟著定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。其中轉(zhuǎn)子比定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)慢，兩者不同步。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子主要有兩種：繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子與鼠籠式轉(zhuǎn)子。異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載中的功率因數(shù)通常在0.6～0.90 之間，極對(duì)數(shù)不同功率因數(shù)相差較大，同時(shí)在負(fù)載變化時(shí)功率因數(shù)也會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，為滿(mǎn)足電力系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)側(cè)功率因數(shù)要求，此類(lèi)電機(jī)必須配置專(zhuān)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置。

三、現(xiàn)行主要無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌惭b方式與優(yōu)缺點(diǎn)

目前，泵站無(wú)功補(bǔ)償方式主要有：集中補(bǔ)償、就地補(bǔ)償兩種。兩種補(bǔ)償方式比較如表1。

表1 補(bǔ)償方式的比較表

四、泵站無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞竭x擇

1.低壓電動(dòng)機(jī)無(wú)功補(bǔ)償方式

對(duì)于電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)為380V 的泵站，由于國(guó)產(chǎn)控制器可以做到20 路，且性能穩(wěn)定，建議采用集中無(wú)功補(bǔ)償方式。

2.10kV 電動(dòng)機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償方式

對(duì)于總裝機(jī)臺(tái)數(shù)較少，運(yùn)行工況穩(wěn)定、啟停不頻繁的異步電動(dòng)機(jī)，建議采用單機(jī)就地補(bǔ)償方式。補(bǔ)償容量確定時(shí)，需充分考慮可能的運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)時(shí)機(jī)組功率因數(shù)的變化，建議設(shè)計(jì)工況下按功率因數(shù)在0.94～0.96 之間來(lái)確定容量，避免電容器和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生自激電壓。

泵站總裝機(jī)臺(tái)數(shù)較多、啟停較為頻繁的異步電動(dòng)機(jī)，建議采用集中補(bǔ)償方式。但在設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝置分組容量與總?cè)萘繒r(shí)，需充分考慮泵站各種運(yùn)行工況下，通過(guò)投切不同容量的分組補(bǔ)償裝置，保證始終滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的要求。

五、電容器選擇注意事項(xiàng)及效益分析

1.合理選擇電容器電壓等級(jí)

選擇電容器時(shí)，應(yīng)按《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50227-2017）第5.2.2 條要求合理確定電容器電壓與線(xiàn)路電壓相匹配，一般不得低于線(xiàn)路電壓的1.1 倍。

2.考慮線(xiàn)路電壓對(duì)電容器容量的影響

電容器的容量與電壓的平方成正比，故在進(jìn)行補(bǔ)償容量計(jì)算時(shí)，必須考慮電容器的電壓對(duì)電容器容量的影響，以免造成無(wú)功補(bǔ)償容量不足，從而造成功率因數(shù)不能滿(mǎn)足當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)的要求。如：額電電壓為0.45kV、額定容量為10kVar 的電容器在0.4kV 線(xiàn)路中，其實(shí)際容量只有7.90kVar。

3.無(wú)功補(bǔ)償效益分析

某中型排灌泵站，裝機(jī)為5 臺(tái)560kW 異步電動(dòng)機(jī)，額定功率因數(shù)0.77，額定效率0.935。按照將本站功率因數(shù)補(bǔ)償至0.95 計(jì)算，需要配置一套2000kVar 的集中補(bǔ)償裝置，購(gòu)置費(fèi)用約為25 萬(wàn)元。

按照《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》規(guī)定，各功率因數(shù)電能費(fèi)用增減情況如表2。

表2 各功率因數(shù)電能費(fèi)用增減情況表

如本站不裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)為0.77，實(shí)際執(zhí)行電價(jià)為原價(jià)的1.065 倍；如本站裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償后電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)為0.95，實(shí)際執(zhí)行電價(jià)為原價(jià)的0.925 倍。

按照泵站年利用小時(shí)數(shù)300 小時(shí)、基準(zhǔn)電費(fèi) 0.54 元/kW·h 計(jì)算，補(bǔ)償前年電費(fèi)約為67.1 萬(wàn)元，補(bǔ)償后年電費(fèi)約為58.3萬(wàn)元，年節(jié)省電費(fèi)約8.8萬(wàn)元。按照無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備費(fèi)用25 萬(wàn)元折算，3年后即可收回投資。因此，在本泵站中配置無(wú)功補(bǔ)償裝置經(jīng)濟(jì)效益突出。

六、結(jié)語(yǔ)

異步電動(dòng)機(jī)是中小型電力排灌站的主要用電設(shè)備。針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中異步電動(dòng)機(jī)較低的功率因數(shù)，選擇一種合理高效的無(wú)功補(bǔ)償方式，對(duì)降運(yùn)行成本、提高設(shè)備效率、滿(mǎn)足電力系統(tǒng)要求都有重要的意義。綜上，集中補(bǔ)償、就地補(bǔ)償各有優(yōu)劣，在條件具備的前提下，盡量采用集中補(bǔ)償方式