分析工業(yè)廠房無功欠補償原因

王生偉

(山西省機電設(shè)計研究院，山西 太原 030009)

0 引言

無功功率補償對電力系統(tǒng)和工廠企業(yè)意義重大，合理選擇補償裝置，能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低輸電線路和供電變壓器的損耗，改善供電質(zhì)量，提高供電效率。如選擇和使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)電壓波動，高次諧波增大等問題，有些工廠經(jīng)常會遇到無功欠補償問題。

下面從無功補償裝置設(shè)計失誤、補償裝置故障、生產(chǎn)用電管理不善等原因造成的無功欠補償做出分析。

1 無功補償簡介

無功功率補償，俗稱無功補償，供電部門一般要求高壓用戶(10 kV電壓等級及以上)月平均功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，低壓用戶月平均功率因數(shù)達(dá)到0.90以上，當(dāng)用戶的自然總功率因數(shù)較低，僅靠提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)不能達(dá)到要求時，需要裝設(shè)人工無功功率補償裝置，來提高用戶的功率因數(shù)。

如果不采用無功補償來提高其功率因數(shù)，將造成如下不良影響:

1)降低供電系統(tǒng)中發(fā)電機的輸出功率，當(dāng)發(fā)電機低于額定功率因數(shù)運行時，發(fā)電機的有功輸出降低，降低了輸變電設(shè)施的供電能力;

2)使電力網(wǎng)絡(luò)損耗增加;

3)功率因數(shù)越低，線路的電壓降越大，用電設(shè)備的運行環(huán)境越惡劣。

無功功率補償裝置在電力系統(tǒng)中處于一個不可缺少的位置，合理選擇補償裝置，能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低輸送線路和供電變壓器的損耗，改善供電質(zhì)量，提高供電效率。如選擇和使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)電壓波動，高次諧波增大等問題。

電網(wǎng)中常用的無功補償方法包括:同步電動機補償法;并聯(lián)電容器補償法。其中并聯(lián)電容器補償法具有投資省，有功功率損耗小，運行和維護方便，故障范圍小等優(yōu)點，因此在供配電系統(tǒng)應(yīng)用較廣泛。

以并聯(lián)電容器的安裝位置來區(qū)分的補償方式主要有以下三種:

1)集中補償:在負(fù)荷較大且功率因數(shù)較低的變配電所高壓母線上集中安裝電容器;

2)分組補償:在配電變壓器低壓母線上和用戶車間配電屏處安裝并聯(lián)補償電容器;

3)就地補償:在容量較大且功率因數(shù)較低的經(jīng)常運行的電動機旁安裝并聯(lián)電容器，同電動機共用一組開關(guān)。

這三種補償方式各有各的特點，應(yīng)根據(jù)實際情況確定使用場合。

2 并聯(lián)電容器補償裝置的選擇

并聯(lián)電容器補償設(shè)備為防止過補和欠補，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小及電壓的波動進(jìn)行投切，投切方式可采用手動或自動方式。手動投切方式適用于穩(wěn)定運行的負(fù)荷、總降壓變電所的集中補償電容器組、就地補償裝置等。自動投切方式適用于負(fù)荷變化明顯的環(huán)境，可以避免過補償，避免在輕載時電壓過高。在采用高、低壓自動補償裝置效果一樣時，宜采用低壓補償。

無功自動補償裝置的調(diào)節(jié)方式，根據(jù)無功補償控制器采樣方式的不同可以分為功率因數(shù)型、無功功率型、無功電壓型。

以節(jié)能為主的補償，宜采用無功功率參數(shù)調(diào)節(jié)，當(dāng)三者相平衡時，可采用功率因數(shù)型，以改善電壓偏差為主的補償，應(yīng)選用電壓參數(shù)調(diào)節(jié)，三者不平衡時，可采用分相補償。目前，國產(chǎn)的動態(tài)補償控制器與國外同類產(chǎn)品相比質(zhì)量差距較大，主要是動態(tài)響應(yīng)時間較慢，其次補償功率不能一步到位，沖擊電流過大，容易造成系統(tǒng)特性漂移。

電容器分組時，應(yīng)該滿足下列要求:

1)電容器投切時不能產(chǎn)生諧振;

2)適當(dāng)減少分組數(shù)量及加大分組的容量;

3)應(yīng)與配套設(shè)備的技術(shù)參數(shù)相適應(yīng);

4)滿足電壓偏差的允許范圍。

3 無功補償欠補問題分析

在我們的日常生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到無功補償欠補問題，用戶無功補償達(dá)不到供電部門要求，對電網(wǎng)供電質(zhì)量造成不良影響，用戶本身也將造成損失，最直接的損失就是供電部門的罰款，造成無功欠補償?shù)脑蚴嵌喾矫娴模旅鎻臒o功補償裝置設(shè)計失誤、補償裝置故障及生產(chǎn)用電管理不善等方面做出分析。

首先，從設(shè)計方面分析造成欠補償?shù)脑?，主要還是因為計算補償容量不足導(dǎo)致的，補償容量QC按式(1)確定:

其中，tgφ1，tgφ2分別為補償前、后功率因數(shù)角正切值;PC為企業(yè)的計算有功功率。

由式(1)可以看出，補償量的大小與企業(yè)的計算有功功率，及補償前企業(yè)的自然功率因數(shù)有關(guān)，因此計算有功功率和自然功率因數(shù)成了計算補償量的關(guān)鍵，也正是因為以上兩者的計算偏差太大，導(dǎo)致補償容量QC不足，大部分電氣設(shè)計人員在從事設(shè)計時很少和工藝人員溝通，這是造成設(shè)計失誤的主要原因，舉個例子，工藝人員提資中有20臺數(shù)控車床，安裝容量55 kW/臺，安裝容量中未給出每臺車床由幾部電機組成，設(shè)計人員也不進(jìn)一步了解情況，本來是由多個小電機組成，設(shè)計人員按一臺55 kW電機設(shè)計，這時在設(shè)備自然功率因數(shù)選取上已經(jīng)犯了一個錯誤，還有部分人員不能做到因地制宜，一味的根據(jù)設(shè)計手冊上的參考數(shù)據(jù)取值，其實手冊上有些數(shù)據(jù)是20世紀(jì)70年代引進(jìn)蘇聯(lián)至今未做修改的，有些是過時的，20世紀(jì)生產(chǎn)車間能看到的數(shù)控車床屈指可數(shù)，而現(xiàn)在大不相同，有的生產(chǎn)車間全是數(shù)控床，這時候還是取很低的同時系數(shù)，計算有功偏小，結(jié)果在計算補償容量QC時肯定偏小。還有設(shè)計人員不管用電負(fù)荷是什么類型，也不計算，籠統(tǒng)的選取補償量為變壓器容量的30%，其實很多機加工類場所是不夠的，這也是設(shè)計階段導(dǎo)致補償不足的一大因素。

其次，無功補償裝置故障，導(dǎo)致無功補償不能投入，無功補償設(shè)備衰減，導(dǎo)致補償量不足，無功補償裝置不能及時跟蹤負(fù)載變化，這些都是導(dǎo)致欠補償?shù)脑颉?/p>

企業(yè)投產(chǎn)初期，用電設(shè)備運行一般都比較正常，隨著時間的推移，有些設(shè)備就會出現(xiàn)不同程度的破損，有些用戶平時也沒有固定的維護人員，在供電部門提出罰款時才發(fā)現(xiàn)了無功補償不足問題。其實有時候問題還是很好解決的，檢查是否有電容器損壞，及時更換破損元件，電容器外熔斷器是否發(fā)生熔斷，接觸器是否有燒焦現(xiàn)象，很多問題都是可以肉眼發(fā)現(xiàn)的。電容器使用后期它的容量是會降低的，因此要定期的更換電容器，切記電氣設(shè)備也是有壽命的，日常維護是必不可少的。

生產(chǎn)用電管理不善也是導(dǎo)致欠補償?shù)囊环矫嬉蛩兀彩亲铍y查找無功補償不足的地方，有些企業(yè)一旦遇上欠補償首先考慮的是不是補償量不夠，在不調(diào)查原因的情況下就增設(shè)補償柜，最后還會發(fā)現(xiàn)補償不足，這時候就懷疑補償裝置的質(zhì)量問題，查來查去也沒查出結(jié)果。曾經(jīng)遇到過一家企業(yè)，有一個聯(lián)合廠房在投產(chǎn)初期就發(fā)現(xiàn)無功補償不夠，核實工程設(shè)計圖紙補償量計算沒問題，補償裝置質(zhì)量檢測沒問題，結(jié)果問題就出在用戶生產(chǎn)管理上，一進(jìn)廠房就能看見工人在聊天、打撲克，關(guān)鍵的問題是好多設(shè)備還都在空轉(zhuǎn)，還有就是這個聯(lián)合廠房里的設(shè)備全都是舊設(shè)備，生產(chǎn)產(chǎn)品種類現(xiàn)在改變了，以前生產(chǎn)大件，現(xiàn)在變小件加工了，好多設(shè)備處于輕載運行狀態(tài)，負(fù)載率低的都不到0.4，大馬拉小車現(xiàn)象非常明顯，正是因為該車間生產(chǎn)中經(jīng)常輕載、空載導(dǎo)致無功欠補償。

舉個例子說明大馬拉小車及電機空載運行對無功的影響。

現(xiàn)有75 kW電機一臺，額定電流為140.1 A，空載電流約為該電機額定電流的15%～20%左右，如果該電機直接連接有設(shè)備，則空載電流約為額定電流的25%～35%。表1中取空載電流為額定電流的35%。

電動機的負(fù)載率與無功補償量的關(guān)系如表1所示。

表1 電動機的負(fù)載率與無功補償量的關(guān)系

由表1可以清晰的看出輕載、空載對無功補償?shù)挠绊戇€是很大的，因此企業(yè)應(yīng)盡可能避免大馬拉小車現(xiàn)象，杜絕電機長時間空載運行。

[1] JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50227-2008，并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范[S].