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摘要：隨著中國經濟的飛速發展，企業(ye) 對供電的需求與(yu) 電力設備的質量提出了更高的要求，電力係統運行的經濟性與(yu) 電能質量、無功功率有著密不可分的關(guan) 係，本文就低壓無功功率補償(chang) 裝置的設計進行了闡述與(yu) 研究，並介紹了無功功率補償(chang) 裝置在現場的運用。
關(guan) 鍵詞：電能質量 無功功率 無功補償(chang) 設計 應用
引言：近年來，隨著經濟飛速發展，電能質量管理的概念在各大企業(ye) 中得到了廣泛的關(guan) 注，“用電**、用電質量、用電經濟”理念深入人心，無功功率補償(chang) 作為(wei) 電能質量管理的重要組成部分，也成為(wei) 了廣大電力人研究的方向。國家對於(yu) 無功功率不達標的企業(ye) 更加是使用了鐵腕政策，力率電費也成為(wei) 了一些用電企業(ye) 的負擔。本文針對此種情況，對低壓無功功率補償(chang) 裝置的設計與(yu) 選型進行了闡述與(yu) 分析，並舉(ju) 例說明了低壓無功功率裝置在現場的運行與(yu) 應用。
1 有功功率和無功功率
在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩(liang) 種；一種是有功功率，一種是無功功率。
有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換為(wei) 其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。
無功功率比較抽象，它用於(yu) 電路內(nei) 電場與(yu) 磁場的交換，並用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。
視在功率、有功功率、無功功率的關(guan) 係可以從(cong) 功率三角形上得出，公式如下所示：
舉(ju) 個(ge) 實例來說，電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從(cong) 而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從(cong) 電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chan) 生磁場，在二次線圈感應出電壓。
因此，無功功率不是無用功率，它在電力係統中占據了一個(ge) 重要的位置。沒有無功功率，電動機就不會(hui) 轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(hui) 吸合。
2 低壓無功功率補償(chang) 裝置簡介
低壓無功功率補償(chang) 裝置，在電力供電係統中所承擔的作用是提高電網的功率因數，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功功率補償(chang) 裝置在電力供電係統中處在一個(ge) 不可缺少的位置。合理的選擇低壓無功功率補償(chang) 裝置，可以限度的減少網絡的損耗，使用戶用電質量提高。反之，不合理地選擇或者使用方法不當，也有可能會(hui) 造成供電係統電壓波動、閃變、諧波放大等多種不可控的因素。
3 無功補償(chang) 裝置的原理
從(cong) 功率三角形可以看出，用戶的變壓器容量（S）是固定的，如果用戶的設備需要的無功功率（Q）過大，就會(hui) 使有功功率（P）的出力減少。這不僅(jin) 會(hui) 使得使用電設備不能正常工作，還可能造成線路過載導致設備損壞，此時，就需要對電力係統進行無功功率補償(chang) 。
如圖1所示，在進行無功功率補償(chang) 前，負載的無功功率、有功功率均通過變壓器來自於(yu) 電網，就會(hui) 導致電網的功率因數降低，電能質量下降，用電效率差。
圖2對設備進行了無功功率的補償(chang) ，此時設備的有功功率通過變壓器來自於(yu) 電網，而無功功率取自我們(men) 的無功補償(chang) 設備。假設設備的無功功率均從(cong) 無功補償(chang) 設備提取，此時，從(cong) 電網側(ce) 來看，無功功率（Q）為(wei) 0，此時的視在功率（S）等於(yu) 有功功率（P），功率因數為(wei) 1。此時電網的供電效率是的，此種情況雖然為(wei) 理想狀態，但在實際運營過程中，隻要補償(chang) 得當，月平均功率因數達到0.95以上是沒有問題的
4 無功補償(chang) 的重要性
一般來說，使用無功補償(chang) 裝置來提高功率因數的意義(yi) 體(ti) 現在兩(liang) 個(ge) 方麵：一是可以減少輸電線路上的功率損失；二是可以充分發揮電力設備（如電機、變壓器等）的潛力。因為(wei) 用電電器總是在一定電壓和一定有功功率下工作，如果功率因數較低，就要用較大的電流來保障用電器正常工作，輸電電流變大，導致線路損耗增加。此外，任何電力設備工作時總是工作在一定的額定電壓與(yu) 額定電流內(nei) ，超過額定電壓值，會(hui) 威脅設備的絕緣性能；工作電流超過額定值，會(hui) 使內(nei) 部溫升過高，從(cong) 而降低了設備的使用壽命。對於(yu) 一些發電設備而言，功率因數的提高能大大增加效率，例如：一台發電機容量為(wei) 1500kW，當電力係統的功率因數由0.6上升至0.8時，就可以使實際發電能力提高到3000kW。
5 無功補償(chang) 的經濟效益
無功補償(chang) 的經濟效益主要體(ti) 現在力率電費，力率電費=有功電量×電價(jia) ×力率電費調整係數。力率電費調整係數根據功率因數的值查表獲得。不同基準的力率電費調整係數表見表1和表2。
表1 以0.90為(wei) 標準值得力率電費調整表
表2 以0.85為(wei) 標準值得力率電費調整表
國家對標準值也做出了規定，凡需變壓器容量100kVA及以上10kV供電的用戶應進行功率因數考核，具體(ti) 標準如下：
100kVA以上160kVA（不含160kVA）以下的用戶，功率因數需達到0.85；
160kVA以上的用戶功率因數應達到0.90以上。
用戶的功率因數大於(yu) 標準的減少其當月電費，低於(yu) 標準的增加其當月電費。
舉(ju) 個(ge) 例子：某變壓器用戶的變壓器容量為(wei) 160kVA，采用低壓計量，某月改用戶消耗有功電量為(wei) 25000kWH，無功電量為(wei) 27000kWH，假設電費為(wei) 0.68元/度。通過調研資料，該變壓器的有功變損為(wei) 1036kWH，無功變損為(wei) 3790kWH，所以該用戶共消耗有功電量26036kWH，消耗無功電量為(wei) 30790kWH，通過功率三角形或查表可知該用戶的功率因數為(wei) 0.65。通過查表可知該用戶力率電費調整係數為(wei) +15%，共需收取實際消耗電費25000×0.68為(wei) 17000元，需加收的力率電費為(wei) 25000×0.68×0.15為(wei) 2550元，總計為(wei) 19550元。
現通過無功功率補償(chang) 為(wei) 該用戶將功率因數從(cong) 0.65提高到0.95，通過查表可知該用戶力率電費調整係數為(wei) -0.75%，共需收取實際消耗電費25000×0.68為(wei) 17000元，需加收的力率電費為(wei) 25000×0.68×（-0.0075）為(wei) -127.5元，總計為(wei) 16872.5元。
從(cong) 例子中我們(men) 可以看出，通過無功補償(chang) 能為(wei) 企業(ye) 產(chan) 生很大的經濟效益，一般10個(ge) 月到一年即可收回裝備成本，為(wei) 企業(ye) 創造收入。
6 無功補償(chang) 的選型
6.1容量選型
6.1.1新建項目
新建項目由於(yu) 現場參數無法確定，為(wei) 了方便進行快速選型，首先將行業(ye) 進行分類，各行業(ye) 所屬類別如下表（
，
是指無功補償(chang) 容量，
是指變壓器容量，
是指無功補償(chang) 行業(ye) 係數）：
Ⅰ：係數
約為(wei) 0.3，適用於(yu) 寫(xie) 字樓、住宅等諧波、無功需求相對較小的場合；
Ⅱ：係數
約為(wei) 0.4，適用於(yu) 商業(ye) 、軌道交通等諧波、無功需求相對中等的場合；
Ⅲ：係數
約為(wei) 0.55，適用於(yu) 重工業(ye) 、製造業(ye) 等諧波、無功需求相對較大的場合；
6.1.2改造項目
改造項目一般都需要去現場進行實地測量，根據現場的實際情況，配置相應的無功補償(chang) 方案，需測量的要點包括：有功功率、無功功率、視在功率、實際功率因數、目標功率因數、負載狀況、電網背景等。其無功補償(chang) 裝置的容量可通過實際測量後計算獲得，以上麵那個(ge) 例子來說，假設補償(chang) 前用戶變壓器為(wei) 滿載狀態，該用戶變壓器容量為(wei) 160kVA，功率因數為(wei) 0.65，目標功率因數為(wei) 0.95，計算如下：
補償(chang) 前視在功率為(wei) 
,功率因數
，補償(chang) 前有功功率為(wei) 
,補償(chang) 前無功功率為(wei) 
。
補償(chang) 前與(yu) 補償(chang) 後有功功率不變為(wei) 
，目標功率因數
，補償(chang) 後視在功率為(wei) 
,補償(chang) 後無功功率為(wei) 
。
所以，需要補償(chang) 的無功功率為(wei) 
。
6.2型號說明
6.3技術參數
7 無功補償(chang) 模塊式方案
現在，市麵上的低壓無功功率補償(chang) 裝置基本上都采取整櫃的方式，基本上都屬於(yu) “一錘子買(mai) 賣”雖然能夠滿足用戶現場的補償(chang) 要求，但在補償(chang) 後的維護、容量拓展等方麵十分的不便，在用戶需要進行改造時需要更換整櫃，十分困難。圖3為(wei) 一種無功補償(chang) 模塊，將一套無功補償(chang) 回路，包含：電容、電抗、晶閘管投切開關(guan) 、熔斷器、二次回路整合在一個(ge) 模塊中，在實際使用中，模塊與(yu) 模塊之間相互獨立，互不幹擾，在維護使用中可以按模塊進行容量增減與(yu) 維護。
圖3無功補償(chang) 模塊
8 ANSVC在江蘇紅柳床單有限公司項目的應用案例
8.1項目簡介
工程地址：江蘇紅柳床單有限公司項目地址位於(yu) 美麗(li) 富饒的江蘇省無錫市江陰市，北枕長江，南近太湖，東(dong) 接常熟、張家港，西連常州，地處蘇錫常“金三角”幾何中心，交通樞紐便利。平均海拔6米左右，全年溫度條件較好，四季分明。江蘇紅柳床單有限公司占地麵積15萬(wan) 平方米，建築麵積12萬(wan) 平方米，該項目共采購了我司2台無功補償(chang) 櫃和1台有源濾波櫃。針對無功補償(chang) ，測量了1#變壓器出線側(ce) ，測量結果見圖4，目標功率因數0.98，現場配電係統諧波源主要是變頻器和開關(guan) 電源，諧波頻次為(wei) 3次、5次、7次、11次是典型的6n±1次特性諧波，通過ANAPF有源濾波器進行治理，保護電容器。測量示意如圖5：（黑圈為(wei) 測量點）。
圖4 無功補償(chang) 現場測量結果
圖5 現場測量示意圖
8.2 無功補償(chang) 容量計算
補償(chang) 前視在功率為(wei) 
,功率因數
，補償(chang) 前有功功率為(wei) 
,補償(chang) 前無功功率為(wei) 
。
補償(chang) 前與(yu) 補償(chang) 後有功功率不變為(wei) 
，目標功率因數
，補償(chang) 後視在功率為(wei) 
,補償(chang) 後無功功率為(wei) 
。
所以，需要補償(chang) 的無功功率為(wei) 
。
由於(yu) 考慮到實際補償(chang) 容量與(yu) 標稱補償(chang) 容量的區別，考慮到現場隻能安放深度為(wei) 800mm的櫃子，所以選擇配置一台350kvar主櫃和一台350kvar輔櫃，共700kvar。
8.3 現場使用情況
圖5 現場安裝圖
圖6 現場竣工圖
9結束語
本文從(cong) 低壓無功功率補償(chang) 裝置的基本知識、選型參數、經濟效益、實例設計等方麵對低壓無功功率補償(chang) 裝置的設計與(yu) 選型進行了闡述。提出了模塊式低壓無功功率補償(chang) 裝置的新思路。合理地配置低壓無功功率補償(chang) 裝置不僅(jin) 能為(wei) 降低線損、提高設備壽命與(yu) 運行效率，更能夠為(wei) 企業(ye) 減少力率罰款，獲得電費獎勵，直觀的創造經濟效益。
【參考文獻】
［1］ GB15576-2008-T 低壓成套無功功率補償(chang) 裝置
［2］ 新米兰体育電氣股份有限公司產(chan) 品手冊(ce) .2013.01.版
作者簡介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為(wei) 智能建築供配電監控係統
QQ：2880956075 T：0510-86189390 M:18860995120 F:0510-86179930 E-MAIL:2880157874@qq.com
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