2006年12月8日

 摘要：今年我們對25家企業進行了能源審計，審計中發現企業對供電體系中的高壓端的功率因數都較注意（因為太低的話可能被罰款），即都能達到《評價企業合理用電技術導則》中規定：企業的功率因數應達到0.9以上的要求，但部分企業沒做到是在“提高自然功率因數的基礎上，合理裝置無功補償”。本文簡單分析了無功補償的作用，主要以實例的簡單推算能使大家對它（即功率因數的高低到底對輸配電線路的損耗的影響，它每年可能會增加了企業幾萬元的電費負擔。）有個較明白的認識。提高低壓電網和用電設備的功率因數，已成為節電降耗工作的一項重要措施。

一、概述

變壓器和三相異步電動機是電感性設備，在生產運行中需要從電源中吸收大量的無功功率，才能正常工作，會給企業造成較大的電壓損失和電能損耗。如企業中存在大馬拉小車、點動的電動機其運行功率因數及綜合效率都很低，損耗大等方面的問題。因此，加強對三相異步電動機的運行管理，提高運行功率因數和綜合效率，同時加強對功率因數的補償，減少無功功率，減少線路損耗是勢在必行的。

許多企業一般都是在企業內部配電室里二次側的0.4千伏母線上集中安裝一些電容器柜，對變配電系統的無功功率進行補償，這對于提高企業內部的供電能力，節約變配電損耗都有積極作用�？墒牵�由于企業內部的電動機大都通過低壓導線連接，即在供配電線路的未端，分散在各個生產車間里面，形成了企業內部的輸配電網絡，其結果造成大量的無功電流仍然在企業內部的輸配電線路中流動，所造成很大的損耗。由此，企業盡可能提高自然功率因數外，還必須采取分組補償和就地補償等措施，來提高功率因數，最終實現節能降耗的目的。

二、現狀

在二十五家企業中，抽查了他們的變壓器和總共119條輸配電線路運行情況，絕大多數企業能將自己變電系統中的功率因數補償到0.9以上的規定指標，以免被罰款。這就是說在功率因數的補償工作中，他們的集中補償做的不錯，但仍有部分企業的分組補償和就地補償做的就差些了，或根本就沒做，補償好的單位，其主變壓器的二次端至各車間的輸配電線路的功率因數基本上在0.9以上，而補償差些的單位其輸配電線路大部分功率因數在0.6以下，如溫州某皮革有限公司（以下簡稱A公司）抽查七條輸配電線路，有五條在0.44以下的，而溫州某鋼業有限公司（以下簡稱B公司）的一條輸配電線路的功率因數只有0.22。綜合這些單位被抽查的輸配電線路的功率因數，在0.8以上的約占52%，在0.8～0.6之間的約占27%，在0.6以下的約占21%。

可見分組補償和就地補償做得遠遠不夠，這主要是企業對功率因數認識不足引起的，如B公司企業規模較大，企業內有二級變壓從35KV變10KV，到車間再變至380V，有企業變電站，中心控制室，全電腦控制顯示，其設施和環境可謂一流，但檢查發現其補償就有問題，將無功補償全補在了35KV高壓端，這造成了企業內的一臺SZ9-20000/35主變的運行功率因數只有0.50，而另一臺SZ9-10000/35主變的運行功率因數為0.74，其各車間的十幾臺變壓器的運行功率因數大多數在0.6～0.7之間，最低為0.22，其分組補償和就地補償基本上沒做，可想而知其變壓器的容量及輸配電線路被無功功率占了相當大容量，而且其損耗也相應增加。然而這變電站內所有人員都這樣認為，其補償是補前（指輸入的電網線路）補后（指企業內的變壓器）補線路（指企業內的輸配電線路），事實上這幾個功率因數的數據足以說明，其主變和車間變及線路都沒能得到補償。

可以這么說，對功率因數的補償，還存在認識上的誤區，除了上述這種認識外，還有一些企業管理者認為功率因數低，對電能的損耗影響不大，故沒引起足夠的重視。

三、這主要是個認識問題

為什么這樣說是認識問題，B公司的那些人足可說明一切，還是一個典型的集中補償例子。還有另一家浙江某鋼業有限公司，他有二級變從10KV變6.3KV供高壓電動機和另一臺6.3KV變380V變壓器用，結果對供高壓電機的那一條線路進行了補償，而未對380V進行補償，使這臺變壓器的運行功率因數也只有0.63。是不是因為行業的關系難以采取分組補償和就地補償，而疏忽管理呢，不是的，如上述A公司也存在這個問題，皮革行業中生產線正常運行時，負荷就比較穩定，不象鋼鐵行的電動機都是點動的，難以分組補償和就地補償，皮革行業應該很好采取分組補償，但這個企業也沒有做。所有這些都說明仍有部分人對其認識不足或誤解。

我認為除了個別企業是對它一無所知外，還有就是個量的認識問題，這么說吧，企業也許知道功率因數低而產生的無功電流在企業內部輸配電線路流動時，一者造成了壓降（但由于近來供電較正常，因此它所引起壓降有限，并不明顯，如在A公司在低壓母線上實測電壓為392V時，其末端電動機上電壓為373V，電機仍能正常起動，電機運行一段時間也不會很燙，這樣就顯示不了問題了）；二者造成了損耗，但輸配電線路的損耗更是看不見了，配電柜上反映電流大，供電線路有點發熱，這似乎很正常，至于這是否由無功功率低引起電流大而產生的，這只能借助于儀器來測量了。不過話說回來，管理好的企業，其電工基本上都能知道每條線路的功率因數值，隨時對其進行監控。

因此我在這里必須說說功率因數對線損到底有多大。

四、對因功率因數引起的損耗要有個量的認識

為什么說要加強量的認識，主要是有些管理者也知道功率因數對輸配電系統影響，壓降如上所說成了次要問題，對于損耗他們始終認為只有一點點，問題不大，因此需要用事實來說明問題，下面我來簡單推算一下這功率因數低的時候，造成變壓器和輸配電線路的損耗有多大。以年累計到底有多少有功電量被白白損耗掉，還增加了電費開支。

其中變壓器以B公司為例，因為其無功補償是在高壓輸入端的，因而沒有降低變壓器的無功功率；而輸配電線路以A公司為例，因為其生產線正常生產時，各線路的電流也較穩定，因此也較容易去分組補償來提高功率因數。

1、變壓器

以B公司為例，其一臺功率因數為0.5的主變，其實際的容量：

S=(P2+Q2)1/2

S——視在功率KVA

P——輸入的有功功率，kW   實測為2568kW

Q——輸入的無功功率，kvar  實測為4465kvar

S=(25682+44652)1/2=5151 KVA  

可見無功功率占了變壓器相當的容量。

我們是根據中華人民共國國家標準《企業供配電系統節能監測方法》（GB/T16664-1996）的方法來計算變壓器損耗的，這里以假設對變壓器補償到0.98（因為其高壓端被補償到0.98），并以實測的電壓和有功功率在功率因數補償前后不變，的前提下做個簡單的推算，確定到底能節約多少電能（反過來可以看出，它在功率因數為0.5時比0.98時多損耗的電能），由于公式比較復雜，這里不一一例出。（大家可上網查，或查看一些相應的書籍，都有此類的公式）

變壓器功率因數為0.5時，實測變壓器輸出有功功率為2546 kW、無功功率為4465 kvar、平均輸出電流274A、輸入電壓34.9kV，這時計算得變壓器的日無功損耗4697 kvarh，日有功損耗535 kW h，負載系數為0.25。

以輸入電壓和輸出的有功功率不變的假設條件下，將功率因數補償到0.98，經推算得到變壓器平均輸出電流為142A、日無功損耗3008 kvarh、日有功損耗440 kW h，負載系數為0.12。

由上可知這臺變壓器的負載輕了，日損耗電量可減少95 kW h，以年運行6000小時計算，可節約23750 kW h的電能。以0.5元/ kW h計算，年可減少11875元的電費開支。

其另一臺變壓器的運行功率因數為0.74，這時的輸出有功功率為3137 kW、無功功率為2675 kvar、平均輸出電流234A，這時計算得變壓器的日無功損耗4211 kvarh，日有功損耗472 kW h，負載系數0.42。

以輸入電壓和輸出的有功功率不變的假設條件下，將功率因數補償到0.98，經推算得到變壓器平均輸出電流為177A、日有功損耗394 kW h、日無功損耗2964 kvarh，負載系數0.32。

同樣這臺變壓器的負載輕了，日損耗電量減少78kWh，以年運行6000小時計算，可節約19500 kW h，以0.5元/ kW h計算，年可減少9750元的電費開支。這樣這兩臺變壓器如果進行改造后，年可節電43250 kW h，年可減少電費開支21625元。

如果算上各車間的變壓器損耗，因為它們的功率因數也很低，它們的功率因數加權到主變壓器上，以及加上輸電線路的損耗，所以這企業的線損將是上述的2～3倍，也就是如果采取分組補償等措施，年可節電43000～129000 kW h，年可減少電費開支22000～66000元，相當可觀。

2、輸配電線路

在輸配電線路上提高功率因數也是如此，這里以上述A公司的輸配電線路為例，因為線路上的電流較均勻，完全有可能把功率因數提高到0.95，因而較有代表性。線路長130m，截面積150㎜2，銅質電纜入地至車間，實測電壓400V、電流190A、功率因數為0.34、日輸送有功電量1074kWh，計算得日有功損耗為49.6 kW h。

現以線路的電壓不變及線路輸送的有功功率不變來推算，當線路功率因數為0.95時，其電流為68A，計算得線路日有功損耗為6 kW h。

由上推算得這條輸電線路的功率因數從0.34提高到0.95時，日可減少線損電量43.6 kW h，如以年運行6000小時計算，年可節約電量10900 kW h，以0.5元/ kW h計算，年可節約5450元的電費開支。這僅只是一條輸配電線路計算量！這個企業的另外有四條線路情況跟這條線路差不多，這里就不再一一推算了，那么上面的量乘上5倍，就是27000元，這將不是個小數字。

然而這些電量在看不到的情況下，白白損耗掉了，還增加了電費開支！

推開來想，全市又有多少這樣的企業，全國呢！積累起來將是很大的數字。因此要加強管理，增強節能意識，這些錢是比較容易省下來的。

我今天在這里說的，是希望能引起各企業的重視，如果能讓企業管理者看得到這個損失，他也許會馬上會采取措施把錢給省下來的。但是看不到的話，那就放任自流了。

五、總結

說到這里讓我們回頭看看，上述被監測的輸配電線路中，占48%那些功率因數低于0.7的線路都要補償，占52%那些功率因數在0.8以上的，其中大部分線路的功率因數在0.9以下仍有潛力可挖。希望各企業負責人認真抓抓這方面的工作。

從補償的角度上來看，應該提倡就地補償，因為它從源頭上就把無功功率提高了，從而減少了無功功率的那部分電流在企業內部輸配電網中的流動，有效的降低了電能損耗。

就地補償需要注意，三相異步電動機在運行時切斷電源，會自勵產生電壓，電壓可達570V，這將對電容器和電動機產生破壞作用，特別是在自勵磁中的異步電動機（即在電動機還沒停時）再接入電源，會造成電動機和所連接機械的嚴重沖擊甚至損壞。為了防止此現象發生，無功就地補償器的容量Qc按以 選用，UN為電動機額定電壓，Io為電動機勵磁電流，即空載電流。

現在有些單位給異步電動機裝變頻器，這很好不但節電，電機運行又平穩，最好在總配電柜裝上消諧波柜，又能提高功率因數。

有關補償方法有多種方法，及各補償方法的利弊等，相關的書中也介紹很多，我不在這里再提了。

但是還要說說一些單位補方法就有問題，如B公司這樣的補償就有問題，雖然在其高壓端有一條電力線路去電弧爐車間，而把最終的補償放在了前面，但是，主變的二次端也應該給予補償，而且各車間的變壓器也應根據負荷情況進行分組補償，雖然就地補償比較難，那么上兩種補償措施應該去做，我想企業可能過多的去考慮投入的費用問題，但至少應該先把功率因數低的地方先補償好，全企業十幾臺變壓器理應有個全盤考慮，抓好管理，先急后緩地把事情給辦好了是最主要的。能節電，把錢給省下來是硬道理。因為這絕對不是個小數目。

下面例出輸配電線路的各種功率因數下與線損的關系表，供大家參考。

各種功率因數下與線損的關系表

從上表可看出，當線路上的功率因數降低時，將大大的增加其線路的損耗。