中小企业配电室无功功率补偿的应用

2023.06.22

谷维陈超山

摘要：国家电力供应，从区域性供电系统到地方变电站、配电所，小到企业单位的配电室，都很重视无功功率的补偿，提高用电负荷的功率因数，达到节能降耗的目的。本文介绍企业单位配电室无功功率补偿的实际情况、具体做法及取得的效益，总结积累相关经验。

关键词：配电室；无功功率；补偿；功率因数

1 概述

企业规模有大小之分，配电室或变电站设施也参差不齐。有刚更新换代的设施，也有使用了几十年仍在使用的供电设备。它们在实际使用中，都存在同一个问题：那就是无功功率补偿不足。国家电网和南方电网，对下属各级配电部门的无功功率补偿有明文规定，明确要求各级供电部门按功率因数调整电费管理办法，实行供电奖惩收费管理。为了鼓励用户自行提高其负荷的功率因数，水利电力部和国家物价局颁发了《功率因数调整电费办法》。规定凡超过功率因数标准的用户，将根据其实际功率因数不同降低电费，凡低于功率因数标准的用户，将不同程度增加电费，实际功率因数越低，增加电费的幅度也越大。所以，各级中小企业，都想尽一切办法，对配电设施进行改造，根据自身实际情况，进行无功功率补偿：一是提高和改善供电质量，可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，达到节能降耗的目的；二是可以避免因功率因数低于规定值而受到处罚，减少用户费用的支出。

2 无功功率补偿作用

经济合理地配置无功功率补偿设备，不但可以提高电力系统运行经济性，节省电力建设投资，而且还能够调节供电系统的电压、电流等电能指标参数，保障供电质量和用电质量。主要有：

（1）改善功率因数：提高功率因数可以少送无功功率，多送有功功率，系统线损率也下降了。

（2）稳定调节电压：负载对无功需求的变化，会引起供电点电压的变化，对这种变化若从电源端进行调节，会引起一些问题，而补偿设备就起着维持供电电压在正常范围内的重要作用。

（3）保持负载的平衡性：电网中出现三相负载不对称时，会出现负序、零序分量，将产生附加损耗，使整流器波纹系数增加，引起变压器饱和等，经补偿设备就可使不平衡负载变成平衡负载了。

3 无功功率补偿不足原因

企业单位配电设施无功功率补偿不足，普遍存在的问题主要有以下几点：

（1）配电设施比较陈旧，一些无功功率补偿还是依靠人工切换，容易出现欠补偿或过补偿。

（2）有些配电设施，当初在规划设计时对企业发展估计不足，无功功率补偿本身先天不足，即使全部正常投入使用，也无法满足补偿要求。

（3）企业内部用电设施变化比较大，供电负荷变化了，没能通过负载科学调配无功功率、有功功率变化情况。

（4）无功功率补偿方式单一，现在大多数企业采用比较常见的电容补偿作静止补偿装置。

（5）对无功功率补偿没有引起足够的重视，很多无功功率补偿设施维护管理也不到位，不能有效挖掘出节能降耗的潜能。

4 改善无功功率补偿的措施

无功功率补偿的原则：根据无功功率平衡的特点，无功功率补偿设备配置的原则是就地平衡，做到分层和分区平衡。分层平衡是指不同电压层次、电压等级的电网本身做到无功功率平衡；分区平衡是指电网的各个区域无功功率基本平衡。

无功功率补偿通常采用的方法有：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。无功功率常用的补偿装置有：同步调相器、静止无功补偿装置（SVC）、静止无功发生器（SVG）等。常用补偿设备形式有：开闭式并联电抗器、电容器；同步补偿器；多相饱和电抗器（SR）；可控硅控制电抗器（TCR）；可控硅投切电容器（TSC）等。虽然补偿方式多种多样，但总的原则是以移相电容器为主，全面规划、合理布局、分散补偿、就地平衡、自动控制、集中调节。集中调节和分散补偿相结合，以分散补偿为主；调节补偿和固定补偿相结合，以固定补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主。

遵循以上原则，权衡各种无功补偿的优缺点，在低压端，由断路器（电磁型交流接触器）控制的电容器组成的低压静态无功功率补偿，在中小企业正大量使用。具体做法有：

（1）增加就地补偿电容柜，根据生产车间用电负荷，特别是电感性负载集中的部门，可在相应动力柜旁增加相应电容补偿柜，就地补偿，减少配电室无功功率补偿的压力。

（2）选择电容器组接线形式：设置在变电站和配电所中的并联电容器补偿装置一般都分组安装。在配电所主要用以改善功率因数，在变电站主要用以提高电压和补偿变压器无功损耗。并联电容器的接线一般分为△型和Y型（包括双△或双Y）。△型接线的优点是不受三相电容器容抗不平衡的影响，可补偿不平衡负载。缺点是当电容器发生短路时，短路电流大，可选用的继电保护方式少。Y型接线优点是设备故障时短路电流较小，继电保护构成也方便，而且设备布置也清晰。缺点是对比3n次谐波没有通路。所以应根据具体情况选用适合的接线形式。

（3）无功补偿容量的配置：在额定负载运行的情况下，所配置无功功率补偿方法，不能满足无功功率补偿要求时，可以通过科学计算（比如无功潮流优化模型），得出最佳补偿容量和配置方案。在现有电容柜基础上，考虑增加电容容量。当然相应线路也要随电流量调整，以免留下用电安全隐患，保证功率因数能达到0.95以上即可。

（4）实现自动补偿：一些有年头的配电室，还沿袭的电容柜是手动补偿，在这种情况下，一定要改成自动补偿。国产无功功率补偿控制器比较多，以深圳市奥特电器有限公司生产的GZK870I控制器为例。在使用这类控制器时，需要注意：第一，信号与取样原则。三相380V，任取两相电压和余下一相电流，即取样电流信号的互感器所在相不要与电压信号同相。单相220V，取样电流必须与取样电压同相，即取样电流信号的互感器所在相与电压信号同相。第二，取样电流必须取自总负荷电流线，即电流信号互感器必须套于总进线柜母线段，不得取自电容屏。第三，同一变压器配置有多个补偿电容柜时，电容柜的取样电流必须串联之后，接在控制回路，绝不能并联，否则起不到联合控制作用。

（5）监督日常维护管理：并联电容器数量大、可控性差，因此要加强对补偿装置的管理。对所辖区域配电室的无功功率补偿设施，要维护到点，巡查到面。

①保障日常巡视：每日至少要巡查一次电容柜，每月要检查放电回路及放电电阻完好。

②发现隐患：找出长期运行过程中，是否有被烧坏的线路、接触器或继电器；电容器有无渗油或鼓肚、内部有噪音或外部有火花的现象。

③捕捉变化：观察无功功率补偿屏上电流的变化，假如电流值比日常电流有所降低，可能是电容失效，需要甄别，及时更换，保证时时满足补偿要求。

④责任承包：如果电容屏比较多，可以考虑将全部电容屏包干到所有值班员工，电容屏的日常维护责任到个人。同时跟踪供电局每月派发的电费单，实时了解配电室无功功率补偿状况。

（6）重视影响电容器运行的因素：首先，运行环境温度：是保证电容器安全运行和达到正常使用寿命的重要条件之一。一般不应超过40℃，温度过低也对电容器不利，低温会使电容器介质游离电压下降，若此时投入，会因中心稳度升高快，体积膨胀可能引起开裂。其次，电压波动：电容器的无功功率与电压平方成正比，因此电压波动会对电容器产生影响，运行电压应不超过电容器额定电压的10%。最后，高次谐波：现代企业，自动化程度比较高，电力电子技术使用普遍，如变频器、软起动器、伺服控制器等，造成大量高次谐波进入电力网络。高次谐波电压叠加在基波电压上不仅使电容器的运行电压有效值增大，而且使其峰值电压增加，致使电容器因过负荷而发热，并可能发生因局部放电而损坏。

（7）注意维护安全：在维护电容屏的过程中，由于电容器脱离电源后有残余电荷，所以必须有放电设备，以利于检修并保证人员的安全。放电设备须保证在较短时间达到规定的残余电压标准。所以，在更换接触器时，一定要使用带有放电电阻的专用接触器。电容还有爆炸、喷油、起火等危险情况发生，要做好防护措施。

5 结束语

随着国民经济的快速发展和持续增长，电力需求迅速增长，使供需矛盾日益突出。而要缓解当前电力供需矛盾，除了增加发电量这一主渠道外，可采用各种节电措施，最大限度地利用现有各种电力设施资源。利用无功功率补偿技术来挖掘现有电力资源潜力，是一种能够迅速有效、切实可行的措施之一，同时也能够节约大量的电力能源。

本人曾主持所在单位的无功功率补偿技改。无功功率改造前，功率因数一直在0.85左右徘徊，改造完成之后，功率因数稳定在0.98以上。公司每月电费在50万元以上，对照国家《功率因数调整电费办法》，以功率因数0.90标准为例，技改后每月得到奖励金额，加上改造前受处罚金额，公司每月少交电费1.6万元，还减少了线损，全年电费就可节约二十多万元。对那些用电大户而言，反映出的电费效益就更为可观，所以做好企业供配电无功功率补偿，具有较好的节能降耗效果和经济效益。

参考文献：

[1]丁毓山，徐义斌.无功补偿岗位培训教材[M]，中国水利水电出版社，2002（6）.