刍议如何提高水厂配电系统无功补偿实效性

杨勇

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司第七设计研究院，广东深圳 518133）

刍议如何提高水厂配电系统无功补偿实效性

杨勇

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司第七设计研究院，广东深圳 518133）

管理水厂的功率因数，其根本目的就在于使电力部门电能质量的迫切要求得到满足，有效减少设备无功损耗，进而使电耗成本有效降低。提升水厂的实际功率因数，不但能够使供电设备所具备的生产能力得到显著提高，降低线路的损失，提升电压质量，而且还能有效改善用电设备的实际工作效率，并节约电能，能够带来巨大的经济效益与社会效益。

水厂配电系统；功率补偿；实效性

当前，我国供水企业中，自来水供应中所产生的成本主要来源于自来水生产过程中所产生的电耗，尤其是山地类型的城市在供水过程中的实际能耗非常大。对水厂功率因数进行管理实际上就是对用电设备的实际功率因数进行监控，保证负荷功率因数在能够满足电力部门要求的情况下，对补偿装置进行及时的调整，以提升设备的整体利用效率，进而使输变电线路中的实际损耗减小，降低能耗。

1 对水厂功率因数产生影响的主要因素

（1）在水厂设备的选用中，导致无功功率损耗产生的最为重要的感性设备就是大范围使用的变压器以及异步电动机。

（2）供电电压的实际波动超过规定范围。在供电电压超出规定额定值的10%的情况下，因为受到磁路饱和情况的影响，会导致无功功率迅速的增加。根据相关资料显示，在供电电压的实际值是规定额定值的110%的情况下，通常情况下无功功率将会提升35%左右。在供电电压低于规定额定值的情况下，无功功率会出现降低的情况，同时其功率因数会有相应的提升，但是电压方面的降低会直接对电气设备的正常运行产生影响。因此，要积极采取相应的措施保证电力系统在整体的供电过程中电压尽量维持稳定。

（3）变频器能够对功率因数产生影响。在变频器的实际工作过程中，会伴生很多的高次谐波，这些高次谐波不但能够对用电设备的自身耐压性造成很大的威胁，还能够消耗很多无用功率，导致功率因数的下降，甚至能够导致周围的电力设备不能正常的运行。

2 对功率因数进行管理的价值

（1）对功率因数进行管理能够使电力系统功率因数的实际检测要求得到满足。以用电设备所表现出来的功率因数为基础，能够计算出输电线路的实际电损。通过现场所进行的技术方面的改造，能够有效地用比所规定标准还要低的功率因素达到标准，实现节能。

（2）对功率因数进行管理能够使电力损失以及线损有效降低。在一般情况下，从不同类型的线路与负荷情况出发，企业动力配线的实际电力损耗在3%～4%之间，在通过电容手段使功率因数得到提升以后，总电流量减小，能够使线路损耗以及变压器铜耗有效降低。因为线路在电流传送时变小了，配电系统中线路电压方面的损失就会降低，对系统电压的整体稳定性有积极影响，极大的有利于大电机的正常启动。

（3）对功率因数进行管理能够使设备的寿命有效延长。在对功率因数进行改善后，线路的总电流会相应降低，造成接近或者说已经饱和的开关等各种电力设备以及线路的实际负荷值减小，所以能够通过降低温升来增加设备的使用寿命。

（4）对功率因数进行管理能够使供电设备的实际设计容量降低，减少投资。针对现状存在的供电设备而言，在相同的有功功率条件下，cosφ增加，负荷电流就会相应减小，所以负荷功率在传输过程中所经过的配电设备如变压器、导线以及开关等都能够使功率储备提升，充分发掘了设备的潜力。针对新建设的工程项目而言，变压器容量的降低能够有效降低项目的投资费用以及项目运行后执行的基本电费水平。

（5）对功率因数进行管理能够使水厂电费支出有效减低。通过无功补偿的方法提升功率因数方面的节能主要分为两个方面，即能耗节约以及功率奖励。用户的实际功率因数以0.9作为基础，把功率因数进行进一步提升后所得到的实际功率奖励用公式表示为：

Y=A（cosφ2-0.9）×0.15%×K

公式中，Y表示的是功率奖励，单位是元；A表示的是用户的月用电量，单位是kWh；cosφ2表示的是无功补偿后所显示的功率因数；K表示的是单位电价，单位是元/kWh。

3 对功率因数进行管理的主要措施

（1）增加自然功率因数。在供电系统中，增加自然功率因数会有相对固定的方法，也就是通过减小备用功率来达到提高功率因数的目的，主要包括以下几个部分。

1）在异步电动机的选择使用上，要正确选择容量以及型号，保证其无限接近满载运行的状态。由于异步电动机自身的功率因数在70%到满载运行这一阶段内处于较高数值，因此，选择适合的异步电动机，保证其额定容量与负荷相匹配，对提高功率因数起到非常重要的正面作用。

2）更换轻负荷类型的感应电动机，或者对轻负荷类型的电动机所配备的接线进行变更。当电动机的实际负荷低于额定容量的40%的情况下，应该更换容量更小的电动机。如果不对电动机进行更换，就要变更电动机配件中定子绕组上配备的接线，比方说把三角类型的接线变更为星形的接线，以达到减弱定子绕组电压的目的，降低励磁电流，进而增加功率因素。

3）电力变压器运行的经济性。在变压器的实际负荷率高于60%以上的情况下，变压器的运行才较为经济，在正常情况下，应该维持在75%～80%之间。为了达到增加功率因数与充分使用设备的目的，电力变压器不适合在轻载的情况下运行，在变压器的实际负荷率低于30%时，应该替换为小容量的变压器。

4）对工艺流程进行合理的安排与调整，以有效提升电气设备的实际运行情况，避免设备出现空载运行的情况，针对负荷率小于70%以及最大负荷小于90%的线绕类型的异步电动机，在适当的情况下进行同步化运行。

（2）采用人工补偿。对无功进行就地的补偿，能够在最大程度上降低供电系统在运行过程中所产生的无功功率，保证企业整体供电线路在运行过程中的功率损耗、线路所配备变压器的容量、导线的截面以及开关设备的容量都会呈现出降低的情况，从技术观点而言，是一种最理想的补偿方法。

1）对补偿容量进行计算。在采用电容器补偿时，首先需要考虑到的是企业现在所具有的功率因数，经计算来获取电容器的实际数量，比方说把现有的功率因数由cosφ1增加到cosφ2的过程中所需要的电容器容量实际值为Qc，则

其中，Qc指的是应进行补偿的无功功率；P1指的是在最大负荷月份有功功率的平均值；cosφ1指的是补偿前的功率因数的平均值；cosφ2指的是补偿后的功率因数的平均值。

而工矿类型的企业，其功率因数会因用电负荷的波动以及电压的改变而发生改变。

2）进行人工补偿的具体方式。依照人工补偿通用的原则，一般有三种方式进行人工补偿。

①集中补偿方式。把电力电容器在企业内部变电所位于高低压侧这一位置的电容器室中进行集中装置，通过变电所内的工作人实行管理，具有利用率高且方便维护的显著优势，但是不能有效降低企业在内部所设置的配电网络所产生无功功率。

②低压分散补偿方式。电容器装置的位置一般是车间配电所所配备的低压母线上，所产生的实际效果要优于集中补偿。

③就地补偿方式。就地补偿方式能够在高压与低压网络上进行广泛的应用，通过把电容器与附近用电设备的直接连接，因此通常与用电设备使用相同的开关，在投入运行和断开时与通电设备保持同步，灵活方便、投资少且补偿效果明显是其显著优势。随着就地补偿方式的不断完善，它受到的关注也越来越多，在国家标准中就有着相关规定：不低于50千瓦的异步电动机，在保证安全的情况下，就地对功率因数进行补偿。

4 功率因数管理过程中的经济投入

依据现行的《供电营业规则》的相关规定，属于专变用户的，其功率因数不得低于0.9，如果无法达到此标准，将会对电费依据功率因数进行调整，而对于功率因数达到标准的用户，则会得到由供电公司提供的奖励。

然而，对于用户来讲，无功补偿过程中的投入和产出具有非线性的特征。在无功投入比较少的情况下，有可能导致对费用支出进行高额调整；在无功投入比较多的情况下，费用节约的实际效果就不会非常显著。对于一般用户而言，功率因数在0.9～0.95之间就能够满足了，没有必要在无功补偿装置方面投入过多，以避免出现资金的沉淀。

依据《功率因数调整电费增减查对表》的相关规定，用电户的实际功率因数不超过0.9的情况下，无功电量每提高10%，实际支出的电费将多出1%。

（1）在无功电量与有功电量相等的情况下，功率因数仅有69%，所支出的电费将多出11%。

（2）在无功电量是有功电量的两倍的情况下，功率因数仅有45%，所支出的电费将多出55%。

在功率因数为0.9的情况下，无功电量每减少20%，实际支出的电费仅能少支出0.2%。

（1）在无功电量为有功电量的40%的情况下，功率因数是93%，所支出的电费将减少0.45%。

（2）当无功完全补偿的情况下，功率因数能够达到100%，所支出的电费仅能减少0.75%。

5 结论

对水厂的功率因数进行管理，其根本目的就在于使电力部门要求电能质量的迫切要求得到满足，有效减少设备无功损耗，进而使电耗成本有效降低。提升水厂的实际功率因数，不但能够使供电设备所具备的生产能力得到显著提高，降低线路的损失，提升电压质量，而且还能有效改善用电设备的实际工作效率，并节约电能，因此，所产生的经济与社会效益是很巨大的。

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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

杨 勇，男，1981年生，湖北武汉人，硕士研究生，工程师。研究领域：市政工程电气自动化设计。

(编辑：王智圣)

2013－09－25