桥梁工程施工用电功率因数的提高方法

王红民

（中铁大桥局集团第一工程有限公司，河南 郑州 450053）

1 概述

在桥梁工程施工现场，异步电动机、电焊机、变压器等感性电气设备较多，大量的电力负荷是感性负荷，致使自然功率因数比较低，如不采取措施提高功率因数，将造成不良影响：降低了变电、输电设施的供电能力；使线路电力损耗增加；功率因数越低，线路的电压降越大，使得用电设备的运行条件恶化，因此，提高功率因数是非常必要的。

2 功率因数简介

大多用电设备都是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机、电焊机等，它们都是靠建立交变磁场进行能量交换和传递的。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率成为无功功率（单位为乏，Var），因此在供电系统中除了需要有功功率外，还需要无功功率。

在功率三角形（图一）中，有功功率P 与视在功率S的比值错误！未找到引用源。，即为功率因数。

计算公式：错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。

（S：视在功率，Q：无功功率）

图一

功率因数（错误！未找到引用源。）越大，有功功率越大，而无功功率就越小，对电源的利用程度越高。同样电路中电力的输送能力也越高，线路的损耗也就越小（线路的电能损耗与功率因数的平方成反比）。

3 提高功率因数的意义

提高功率因数对用电设备的安全经济运行有着重要的意义[1]：

3.1 可以充分利用供电设备的容量，使同样的供电设备为更多的设备供电；

3.2 节约电能，降低用电成本，减少电费开支；

3.3 提高用电质量，改善设备运行条件，保证设备在正常条件下工作，有利于安全生产。

《供电营业规则》中规定：施工用电标准功率因数为0.85，若实际功率因数低于0.85，就按当月电费总和的百分比进行惩罚；如高于0.9，则有一定百分比的奖励（0.85～0.9 之间不奖不惩）。

4 提高功率因数的方法

4.1 提高自然功率因数：

据统计，企业无功功率消耗，一般感应电动机占70%，变压器占20%，线路占10%[2]。可知，提高功率因数有下列几种方法：

4.1.1 选择合适的电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。运行电动机的负荷一般要求达到额定容量的 70%以上，才是经济的。对于平均负荷小于其额定容量40%的电动机，更换小容量的电动机，或将线圈改为三角形接法（或自动转换）。

4.1.2 避免电机或设备空载运行。电动机空载运行时，

4.1.3 提高电动机的检修质量，防止间隙加大。

4.1.4 合理配置变压器，提高变压器负荷率（一般75%—80%较合适）。负荷率越低，功率因数越低，对于平均负荷率小于30%的变压器，应予更换。

4.1.5 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

4.1.6 改善电线布局，避免曲折迂回等。

4.2 并联电容器补偿：在感性负载上并联电容器，用并联电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除负载与电源之间原有的能量交换。其优点具有投资少，有功功率损耗小，运行维护方便，故障范围小等，很适合在施工现场使用。

并联电容器补偿容量的计算公式[3]：

式中：错误！未找到引用源。——需要补偿的无功容量，Kvar；

错误！未找到引用源。——用电设备的平均有功功率，kW；

错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。——为补偿前、后计算负荷功率因数角的正切值。

并联电容器的补偿方式可分为如下三种：

图二 并联电容器安装方式

4.2.1 集中补偿：把电容器组集中安装在变电所（施工现场一般是箱式变电站）的一次或二次侧的母线上（当无高压设备时不得在一次侧装设并联补偿装置[4]）。如图二中C1部分（新购的箱变一般都带有补偿装置，如没有要提出安装补偿装置的要求）。

4.2.2 分组补偿：把并联电容器安装在施工现场的配电箱的母线上。如图二中C2 部分。可减少变压器和低压配电线路的电力损耗，提高变压器的输出功率。

4.2.3 就地补偿：对于容量较大，经常运转的低压用电设备，采用低压并联电容器对单台设备进行补偿。如图二中C3 部分。在施工现场，电容器安装于功率较大的异步电动机旁，并同电动机共用一个开关。电动机采用无功功率就地补偿技术具有很多优点[1]，可以节约有功电量8%～15%，节约无功功率50%～80%；还能够减少线路输送电流15%～30%，达到进一步节约线路损耗和变压器损耗的目的。

并联电容器补偿也要防止过补和欠补，应随负荷或电压的变动进行投切，投切方式有手动投切和自动投切补偿，因施工现场负荷变动比较频繁，且为防止过补偿，应选择自动投切方式。

4.3 同步电动机补偿：当条件适当时，可利用同步电动机过励磁超前运行，以补偿系统的感性无功功率，但由于同步电动机价格较贵，控制设备复杂，施工现场很少使用，所以在此不做详细探讨。

5 桥梁工程施工用电提高功率因数应注意的问题

5.1 桥梁工程与其他工程施工相比有去自身的特点：其施工前期为钻孔桩施工阶段，钻孔桩施工期间一般同时运作较多数量的钻机和电焊机（加工钢筋笼等），钻机多由异步电动机提供动力，所以是桥梁施工用电负荷中最大的时期；钻孔桩施工结束后，用电负荷会大幅减少；主体工程完工以后进入收尾阶段，基本没有大的用电负荷，因此要根据用电负荷及时调整更换变压器，减少低负荷运行和避免空载运行，以便提高自然功率因数，减少损耗，节约电能。

5.2 如果无功补偿的装置本身会产生谐波，或当网络有谐波源影响到电容器安全运行时，也必须与电容器串联一个电抗器。其感抗值的选择应该在可能产生的任何谐波下，均使电容器的总电抗为感抗而不是容抗，从根本上消除产生谐波的可能。电抗器感抗值XL 可按式XL=KXc/n2计算[3]。式中：Kc 为补偿电容器的工频容抗，，Ω；K 为可靠系数，一般取1.2～1.5n；n 为可能产生的最低谐波次数，一般取n=5。

5.3 防止检修电容器触电。电容器储存电荷虽经放电装置放电，但仍有可能存在残存电荷，尤其是电容器内部，因此无论有那种放电装置，都必须人工放电后开始检修。

5.4 选用电容器时应提出订货的特殊要求，要求电容器标称电压比原来提高10%，即高压为6.9kV 或11.5kV，低压为0.45kV，这样做可以提高电容器的使用寿命，同时也简化了电容器的保护，减少了电容器的事故率。

6 结束语

近年来国家在大力提倡节能减排，而提高用电设备的功率因数，是节能工作的一项重要措施。通过无功补偿技术提高用电的功率因数，用电单位降低用电成本，提高用电设备的使用寿命及安全运行都是很显著的。确定无功功率的补偿容量，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的。

[1]《钢铁企业电力设计手册》（上册），治金工业出版社

[2]《工业与民用配电设计手册》第三版，中国电力出版社

[3]《电气传动自动化技术手册》 第3 版，机械工业出版社

[4] GB50227－2008《并联电容器装置设计规范》