（国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司）
摘要：本文主要结合实际工作中无功管理存在的主要问题，进行调查分析，提出帮助客户提高功率因数的方法，并以辖区内某客户为事例阐述改善功率因数的方法和取得的经济效益，最后得出功率因数提高后，对供用电双方都有利的结论。
关键词：功率因数；无功补偿；电容器；效益
在日常的用电检查中发现辖区内的大部分电力客户对无功重视程度不够，对电力的要求还是仅停留在只要有电用就可以的粗放的用电观念上，所以无功补偿设备的投资是被动的，无功的运行管理是个空白。这就要求用电检查人员要加强客户侧无功管理，督促和帮助客户提高功率因数，减少电费成本支出，使供、用电双方达到双赢，为企业和社会真正带来效益。
1.影响功率因数的原因调查分析
对辖区内符合功率因数考核标准的专变客户建立无功台帐，并及时更新以保证资料的准确性，针对近几月功率因数未达到考核标准的客户，开展了现场调查分析，发现主要问题有：
1.1部分符合功率因数考核标准的专变客户未加装电容柜，造成功率因数不满足要求。
主要是指变压器容量为80KVA的动力客户或临时用电客户，如建筑工地施工用电客户现场只安装三面低压配电柜（进线、计量、出线）无电容补偿柜，而负荷性质又是感性负载，所以功率因数偏低。
1.2新装或已投入运行的客户因电容容量不足，致使功率因数得不到提高。
1.2.1新装客户
设计人员在对新装客户补偿容量计算时，没有根据客户现场的实际负荷性质情况进行认真测算，而是根据经验按变压器视在功率的30%进行电容容量的配置，造成部分感性负载多的客户电容容量从新装时就配备不足。
1.2.2已投入运行的客户
部分客户电力电容器老化超期运行，降低补偿功能或已损坏未及时更换，造成功率因数偏低。如八家户冷拔丝厂，力率考核标准0.9，现场功率因数高峰负荷时只有0.84左右，配电设备型号属国家明令淘汰产品，从新装至今已运行了三十多年，至今未更换，现场测试有四只电容器已严重变形损坏，失去作用。另外，客户在用电过程中，设备的增加是常有的事情，所以，超出原来补偿柜的补偿范围可能是功率因数降低的主要原因。如辖区内客户新疆职业大学，原来主要是教学和居民生活用电，在检查中发现新建家属楼的施工用电也从该高压室T接电源，而无功补偿装置并未增加容量，造成该客户每月多交几千元的力率调整电费。
1.3电工缺乏无功补偿知识，对无功设备没有维护能力，不能发挥无功补偿的作用。
对生产企业来说，每天负荷变化很大，当生产高峰时需要增加电容的投入数量，当生产淡季时，负荷下降时需要切除电容。电工因缺乏这方面的知识，没有随着负荷和电压的变化来投切电容，另外电容损坏没有及时检查更换，造成电容器虽然投入运行但容量不足，也是造成功率因数低的一个原因。
1.4对负荷变化较大的客户，未采用多路阶梯式补偿装置。
通过检查发现大多数客户低压无功补偿装置配备的电容器型号和容量相同，对负荷变化较大的客户，会造成过补偿或欠补偿。生产企业在用电低谷时负荷减小，但因单组电力电容器容量较大，又因投切方式为整组投切，如果电容整组投入，则会向电网倒送无功，如电容组切除，则会向电网吸收无功。
2．帮助客户提高功率因数的对策
通常电容器的使用寿命是十年左右，对超期服役的设备，用电检查人员下设备缺陷整改通知单，限期更换设备，并跟踪检查，对拒不整改的，报当地政府主管安全部门备案，由安监部门督促其更换新设备。针对以上在无功管理中存在的主要问题我们主要从以下几方面来督促客户提高功率因数，节能增效。
2.1从源头上杜绝无功设备存在的隐患
对新装或增容客户认真审核设计图纸，着重审核无功补偿装置容量、投切方式、安装方式，仔细检查新装无功设备的安装情况，使无功补偿设备及安装质量符合相关规程要求，从源头上杜绝了无功设备的隐患，为后期正常投入运行提供了可靠的保障，对不满足要求的客户坚决不予验收送电。
2.2对客户电工加强无功管理知识培训
每年利用电工上岗证复审的机会，对电气工作人员进行无功管理知识的培训，着重加强对电容设备故障判断和日常维护的技能培训。只有提高一线电工的业务素质，才能从根本上提高功率因数，为企业增加效益。
2.3对无功补偿不足客户增加或更换补偿设备
对已投入运行电容配备不足或未加装电容补偿设备的客户，对原有电容柜有空间的可根据补偿容量计算结果增加电容台数，电容柜空间不够的，再增加一面新电容补偿柜，对已损坏的电容拆下来，重新安装新电容器。在实际运行中，大多数电容器损坏是因为在长期通电运行时产生热量不能及时排出，温度升高，当超过电容器的温度要求时造成的。可采取配电室安装空调，在配电柜后上方加装排气小风扇，这样热气上升排出去，冷气从下面循环进来，降低电容器的热量。
2.4对负荷变化较大客户，采用多路阶梯式智能补偿装置
常规的无功补偿系统普遍采用一种规格等容量的电容器，对负载经常波动或轻载时，经常发生过补或欠补现象，补偿精度欠佳。如果能研究出一种补偿装置使电容器容量大小阶梯式搭配，这样无功补偿根据需要多少容量投多大的电容器，就能解决以上难题。目前国内已生产出一种多路阶梯式补偿的智能电容器装置，该装置利用微电子智能网络技术，可以搭配多路按一定比例的不同容量组，CPU记录每只电容器的网络地址、容量大小、软件按“8421”编码设置，配以过零投切智能开关进行智能投切无功元件，采用少补多切原则投切，补偿精细效果好。
目前该装置已在我部负荷变化较大的部分生产企业推广和试用，效果显著，力率调整电费由以前的罚款变成奖励，大大地降低了生产成本。
3.改善功率因数常用的两钟方法
改善功率因数的方法，主要有两种途径，它们都是设法使电源电压与线路电流的相位差Φ减小，这两种方法分别为提高自然功率因数和补偿法提高功率因数，这里主要介绍第二种方法即补偿法提高功率因数。
补偿法就是在感性负载两端并联适当容量的电容器。由于电容器是储能元件，利用它的无功功率来补偿用电设备的自感无功功率，故称为补偿法提高功率因数。
根据《供电营业规则》中规定，无功补偿应就地平衡，用户在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装设无功补偿装置，并做到随其负荷和电压的变化及时投切，防止无功倒送。故并联电容器补偿应以无功就地平衡为原则，安装电容器进行无功补偿时，主要采用下列三种补偿形式即个别补偿、分组补偿、集中补偿。在实际工作中，10kV电力客户主要采用集中补偿法，即在变压器二次侧的母线上集中安装电容器组，这种方法，安装简便，运行可靠，利用率较高。
4.如何帮助客户改善功率因数取得效益典型案例分析：
4.1客户基本情况调查分析
我部辖区内客户新疆新油房地产开发有限责任公司，为建筑工地临时施工用电，申请变压器容量315kVA，月平均有功负荷200kW，因为是临时用电，当时报装时只架设了一台变压器和一面三合一配电柜，未安装电容补偿柜，结果送电后每月都要多交几千元的力率调整电费，为此我为该客户制定了无功补偿方案。
首先，我从客户的负荷统计入手建立设备清单，分析出该户功率因数低的主要原因是感性负荷太多，设备自然功率因数偏低，其中电动机功率因数约0.7左右，电焊机功率因数一般不到0.4，用于办公照明的日光灯功率因数也不超过0.6。其次施工工地受气候和工程进度的影响，负荷变化较大，设备空载运行的多，时间长，设备利用率低，无功损耗大，造成功率因数下降，最后通过现场检查发现施工工地管理混乱，私拉乱接现象严重，低压出线导线截面未按实际负荷选择，线路至负荷距离长等因素导致线路损耗大，也是功率因数偏低的原因。
4.2解决方案
首先要加强工地用电管理，更换不合格的低压导线，提高电动机和电焊机的设备利用率，及时停用空载设备。但从根本上解决问题还要靠加装无功补偿设备来提高功率因数。综合考虑计算负荷的大小，临时用电的特性，操作的便利性以及投资成本等诸多因素，制定了在低压侧增加一面电容柜采取集中补偿的方式来改善功率因数。
无功补偿容量的确定：
电容器补偿容量的计算公式：Qc=Pp（tgφ1- tgφ2）
根据该户每月有功和无功电量可计算出cosφ1为0.65，故tgφ1=1.17，要使其达到供电企业考核标准0.85需补偿容量Qc=200×（1.17-0.62）=110kVAR。
式中：Pp为有功平均计算负荷，tgφ1，tgφ2为补偿前、后平均功率因数角的正切值。
根据以上计算结果，实际使用120 kVAR的无功补偿装置，考虑到施工工地用电负荷的特点，即电气设备种类多，数量大，设备时而运转时而停运，负荷电流波动大，大部分设备未达到满载运行，故需要选用的无功补偿装置相应速度要快，补偿精度要高，运行可靠，维护简单。而常规的无功补偿装置无法满足以上要求，因此我为其设计了以下方案：
选用沈阳万思电力技术研究所利用最新技术研制的新型无功补偿装置WSBC-PT4系列阶梯无功补偿装置，该装置采用独创阶梯式电容器结构布置。在控制若干台设定容量的情况下，另外控制一台1/4容量的电容器和一台1/2容量的电容器，最大进步台阶为总容量的1/35，可满足对补偿精度的要求。
选用总补偿容量为118kVAR的补偿装置，其中包括WSBC-PT4控制器一台，WSBC-PTK4T同步开关三台，25kVAR的电容器四台，12kVAR的电容器一台，6kVAR的电容器一台，
4.3电容投入后的效果分析：
4.3.1提高了设备的利用率
根据公式S=P/ cosφ可以推导出如下结论：在相同的有功负荷条件下，适当进行无功补偿，可降低配电变压器的视在功率。
从信息采集系统中可以查到该户的负荷电流基本在240A左右，即有功负荷108kW，而320 KVA变压器低压侧额定电流为462A，可见变压器利用率低，因为功率因数提高到了0.85，故变压器容量只需127KVA，选用160 KVA的变压器留有余度就可满足有功负荷的需要，从而节省了设备的投资成本。
4.3.2降低了线路的功率损耗和电能的损失
该客户采用LGJ-95mm2架空导线从低压配电室至用电设备，导线长度50米查技术手册可知R=0.33（欧/公里）X=0.353（欧/公里）
电容投入后线路有功功率减少的损失：
ΔP=3 P2R/ U2（1/cos2φ1-1/ cos2φ2）10-3（kW）
=3×（200000/3）2×0.33×0.05/2202（1/0.652-1/0.852）=4.5（kW）
一个月可少损电量3240 kW.h，节省电费3240 kW.h×0.516元/ kW.h=1672元（注：0.516元/ kW.h为非工业电价）
4.3.3节约了电费成本
以下是该户电容投切前后每月力率电费奖罚情况
表1：电容投入前后每月力率电费奖罚情况
从上表中可以看出电容投入前该户每月平均要多支付1159.75元力调电费，而电容投入后，每月功率因数均达到0.85以上，力率电费变成奖励，不但节约了这笔费用，每月还从总电费中扣除了奖励的费用，可见增效显著。
4.3.4减少电压降，改善电压质量
电力网的电压损失可用公式：△U=（PR+QX）/U求出
假设△U1为电容补偿前的电压损失，△U2为电容补偿后的电压损失，则△U1-△U2=（Q1-Q2）X/U=P（tgφ1- tgφ2）X/U
=200×（1.17-0.62）×0.018/0.38
=5.21（伏）
从式中看出，△U2〈△U1即采用补偿电容提高功率因数后，电压损失减小了5.21伏，改善了电压质量。
结束语
通过以上的分析可以看出，根据客户的负荷特性制定合理的无功补偿方案来提高功率因数，给供用电双方都带来了效益。
参考文献：
[1].《中低压电网无功补偿实用技术》赵新卫 电子工业出版社 2011年元月 第一版
[2].《电力工程》尹克宁 水利电力出版社 1986年十月 第一版
[3].《电力网电能损耗》虞忠年 中国电力出版社 2000年九月 第一版
[4].《工厂供电》胡增涛 高等教育出版社 1992年三月 第一版
论文作者:阮飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：功率因数论文; 电容器论文; 客户论文; 电容论文; 负荷论文; 容量论文; 设备论文; 《电力设备》2018年第21期论文;