分析工业厂房无功欠补偿原因

2012-08-21王生伟

山西建筑 2012年32期

王生伟

(山西省机电设计研究院，山西太原 030009)

0 引言

无功功率补偿对电力系统和工厂企业意义重大，合理选择补偿装置，能提高电网的功率因数，降低输电线路和供电变压器的损耗，改善供电质量，提高供电效率。如选择和使用不当，可能造成供电系统电压波动，高次谐波增大等问题，有些工厂经常会遇到无功欠补偿问题。

下面从无功补偿装置设计失误、补偿装置故障、生产用电管理不善等原因造成的无功欠补偿做出分析。

1 无功补偿简介

无功功率补偿，俗称无功补偿，供电部门一般要求高压用户(10 kV电压等级及以上)月平均功率因数达到0.95以上，低压用户月平均功率因数达到0.90以上，当用户的自然总功率因数较低，仅靠提高用电设备的自然功率因数不能达到要求时，需要装设人工无功功率补偿装置，来提高用户的功率因数。

如果不采用无功补偿来提高其功率因数，将造成如下不良影响:

1)降低供电系统中发电机的输出功率，当发电机低于额定功率因数运行时，发电机的有功输出降低，降低了输变电设施的供电能力;

2)使电力网络损耗增加;

3)功率因数越低，线路的电压降越大，用电设备的运行环境越恶劣。

无功功率补偿装置在电力系统中处于一个不可缺少的位置，合理选择补偿装置，能提高电网的功率因数，降低输送线路和供电变压器的损耗，改善供电质量，提高供电效率。如选择和使用不当，可能造成供电系统电压波动，高次谐波增大等问题。

电网中常用的无功补偿方法包括:同步电动机补偿法;并联电容器补偿法。其中并联电容器补偿法具有投资省，有功功率损耗小，运行和维护方便，故障范围小等优点，因此在供配电系统应用较广泛。

以并联电容器的安装位置来区分的补偿方式主要有以下三种:

1)集中补偿:在负荷较大且功率因数较低的变配电所高压母线上集中安装电容器;

2)分组补偿:在配电变压器低压母线上和用户车间配电屏处安装并联补偿电容器;

3)就地补偿:在容量较大且功率因数较低的经常运行的电动机旁安装并联电容器，同电动机共用一组开关。

这三种补偿方式各有各的特点，应根据实际情况确定使用场合。

2 并联电容器补偿装置的选择

并联电容器补偿设备为防止过补和欠补，应根据负荷大小及电压的波动进行投切，投切方式可采用手动或自动方式。手动投切方式适用于稳定运行的负荷、总降压变电所的集中补偿电容器组、就地补偿装置等。自动投切方式适用于负荷变化明显的环境，可以避免过补偿，避免在轻载时电压过高。在采用高、低压自动补偿装置效果一样时，宜采用低压补偿。

无功自动补偿装置的调节方式，根据无功补偿控制器采样方式的不同可以分为功率因数型、无功功率型、无功电压型。

以节能为主的补偿，宜采用无功功率参数调节，当三者相平衡时，可采用功率因数型，以改善电压偏差为主的补偿，应选用电压参数调节，三者不平衡时，可采用分相补偿。目前，国产的动态补偿控制器与国外同类产品相比质量差距较大，主要是动态响应时间较慢，其次补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，容易造成系统特性漂移。

电容器分组时，应该满足下列要求:

1)电容器投切时不能产生谐振;

2)适当减少分组数量及加大分组的容量;

3)应与配套设备的技术参数相适应;

4)满足电压偏差的允许范围。

3 无功补偿欠补问题分析

在我们的日常生产中经常会遇到无功补偿欠补问题，用户无功补偿达不到供电部门要求，对电网供电质量造成不良影响，用户本身也将造成损失，最直接的损失就是供电部门的罚款，造成无功欠补偿的原因是多方面的，下面从无功补偿装置设计失误、补偿装置故障及生产用电管理不善等方面做出分析。

首先，从设计方面分析造成欠补偿的原因，主要还是因为计算补偿容量不足导致的，补偿容量QC按式(1)确定:

其中，tgφ1，tgφ2分别为补偿前、后功率因数角正切值;PC为企业的计算有功功率。

由式(1)可以看出，补偿量的大小与企业的计算有功功率，及补偿前企业的自然功率因数有关，因此计算有功功率和自然功率因数成了计算补偿量的关键，也正是因为以上两者的计算偏差太大，导致补偿容量QC不足，大部分电气设计人员在从事设计时很少和工艺人员沟通，这是造成设计失误的主要原因，举个例子，工艺人员提资中有20台数控车床，安装容量55 kW/台，安装容量中未给出每台车床由几部电机组成，设计人员也不进一步了解情况，本来是由多个小电机组成，设计人员按一台55 kW电机设计，这时在设备自然功率因数选取上已经犯了一个错误，还有部分人员不能做到因地制宜，一味的根据设计手册上的参考数据取值，其实手册上有些数据是20世纪70年代引进苏联至今未做修改的，有些是过时的，20世纪生产车间能看到的数控车床屈指可数，而现在大不相同，有的生产车间全是数控床，这时候还是取很低的同时系数，计算有功偏小，结果在计算补偿容量QC时肯定偏小。还有设计人员不管用电负荷是什么类型，也不计算，笼统的选取补偿量为变压器容量的30%，其实很多机加工类场所是不够的，这也是设计阶段导致补偿不足的一大因素。

其次，无功补偿装置故障，导致无功补偿不能投入，无功补偿设备衰减，导致补偿量不足，无功补偿装置不能及时跟踪负载变化，这些都是导致欠补偿的原因。

企业投产初期，用电设备运行一般都比较正常，随着时间的推移，有些设备就会出现不同程度的破损，有些用户平时也没有固定的维护人员，在供电部门提出罚款时才发现了无功补偿不足问题。其实有时候问题还是很好解决的，检查是否有电容器损坏，及时更换破损元件，电容器外熔断器是否发生熔断，接触器是否有烧焦现象，很多问题都是可以肉眼发现的。电容器使用后期它的容量是会降低的，因此要定期的更换电容器，切记电气设备也是有寿命的，日常维护是必不可少的。

生产用电管理不善也是导致欠补偿的一方面因素，也是最难查找无功补偿不足的地方，有些企业一旦遇上欠补偿首先考虑的是不是补偿量不够，在不调查原因的情况下就增设补偿柜，最后还会发现补偿不足，这时候就怀疑补偿装置的质量问题，查来查去也没查出结果。曾经遇到过一家企业，有一个联合厂房在投产初期就发现无功补偿不够，核实工程设计图纸补偿量计算没问题，补偿装置质量检测没问题，结果问题就出在用户生产管理上，一进厂房就能看见工人在聊天、打扑克，关键的问题是好多设备还都在空转，还有就是这个联合厂房里的设备全都是旧设备，生产产品种类现在改变了，以前生产大件，现在变小件加工了，好多设备处于轻载运行状态，负载率低的都不到0.4，大马拉小车现象非常明显，正是因为该车间生产中经常轻载、空载导致无功欠补偿。

举个例子说明大马拉小车及电机空载运行对无功的影响。

现有75 kW电机一台，额定电流为140.1 A，空载电流约为该电机额定电流的15%～20%左右，如果该电机直接连接有设备，则空载电流约为额定电流的25%～35%。表1中取空载电流为额定电流的35%。

电动机的负载率与无功补偿量的关系如表1所示。