2006年12月8日
摘要：今年我們對(duì)25家企業(yè)進(jìn)行了能源審計(jì)，審計(jì)中發(fā)現(xiàn)企業(yè)對(duì)供電體系中的高壓端的功率因數(shù)都較注意（因?yàn)樘偷脑捒赡鼙涣P款），即都能達(dá)到《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：企業(yè)的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9以上的要求，但部分企業(yè)沒(méi)做到是在“提高自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，合理裝置無(wú)功補(bǔ)償”。本文簡(jiǎn)單分析了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔茫饕詫?shí)例的簡(jiǎn)單推算能使大家對(duì)它（即功率因數(shù)的高低到底對(duì)輸配電線路的損耗的影響，它每年可能會(huì)增加了企業(yè)幾萬(wàn)元的電費(fèi)負(fù)擔(dān)。）有個(gè)較明白的認(rèn)識(shí)。提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，已成為節(jié)電降耗工作的一項(xiàng)重要措施。
一、概述
變壓器和三相異步電動(dòng)機(jī)是電感性設(shè)備，在生產(chǎn)運(yùn)行中需要從電源中吸收大量的無(wú)功功率，才能正常工作，會(huì)給企業(yè)造成較大的電壓損失和電能損耗。如企業(yè)中存在大馬拉小車(chē)、點(diǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其運(yùn)行功率因數(shù)及綜合效率都很低，損耗大等方面的問(wèn)題。因此，加強(qiáng)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行管理，提高運(yùn)行功率因數(shù)和綜合效率，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)功率因數(shù)的補(bǔ)償，減少無(wú)功功率，減少線路損耗是勢(shì)在必行的。
許多企業(yè)一般都是在企業(yè)內(nèi)部配電室里二次側(cè)的0.4千伏母線上集中安裝一些電容器柜，對(duì)變配電系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，這對(duì)于提高企業(yè)內(nèi)部的供電能力，節(jié)約變配電損耗都有積極作用。可是，由于企業(yè)內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)大都通過(guò)低壓導(dǎo)線連接，即在供配電線路的未端，分散在各個(gè)生產(chǎn)車(chē)間里面，形成了企業(yè)內(nèi)部的輸配電網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)果造成大量的無(wú)功電流仍然在企業(yè)內(nèi)部的輸配電線路中流動(dòng)，所造成很大的損耗。由此，企業(yè)盡可能提高自然功率因數(shù)外，還必須采取分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償?shù)却胧瑏?lái)提高功率因數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
二、現(xiàn)狀
在二十五家企業(yè)中，抽查了他們的變壓器和總共119條輸配電線路運(yùn)行情況，絕大多數(shù)企業(yè)能將自己變電系統(tǒng)中的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9以上的規(guī)定指標(biāo)，以免被罰款。這就是說(shuō)在功率因數(shù)的補(bǔ)償工作中，他們的集中補(bǔ)償做的不錯(cuò)，但仍有部分企業(yè)的分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償做的就差些了，或根本就沒(méi)做，補(bǔ)償好的單位，其主變壓器的二次端至各車(chē)間的輸配電線路的功率因數(shù)基本上在0.9以上，而補(bǔ)償差些的單位其輸配電線路大部分功率因數(shù)在0.6以下，如溫州某皮革有限公司（以下簡(jiǎn)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(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱B公司）的一條輸配電線路的功率因數(shù)只有0.22。綜合這些單位被抽查的輸配電線路的功率因數(shù)，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(jiàn)分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償做得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這主要是企業(yè)對(duì)功率因數(shù)認(rèn)識(shí)不足引起的，如B公司企業(yè)規(guī)模較大，企業(yè)內(nèi)有二級(jí)變壓從35KV變10KV，到車(chē)間再變至380V，有企業(yè)變電站，中心控制室，全電腦控制顯示，其設(shè)施和環(huán)境可謂一流，但檢查發(fā)現(xiàn)其補(bǔ)償就有問(wèn)題，將無(wú)功補(bǔ)償全補(bǔ)在了35KV高壓端，這造成了企業(yè)內(nèi)的一臺(tái)SZ9-20000/35主變的運(yùn)行功率因數(shù)只有0.50，而另一臺(tái)SZ9-10000/35主變的運(yùn)行功率因數(shù)為0.74，其各車(chē)間的十幾臺(tái)變壓器的運(yùn)行功率因數(shù)大多數(shù)在0.6～0.7之間，最低為0.22，其分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償基本上沒(méi)做，可想而知其變壓器的容量及輸配電線路被無(wú)功功率占了相當(dāng)大容量，而且其損耗也相應(yīng)增加。然而這變電站內(nèi)所有人員都這樣認(rèn)為，其補(bǔ)償是補(bǔ)前（指輸入的電網(wǎng)線路）補(bǔ)后（指企業(yè)內(nèi)的變壓器）補(bǔ)線路（指企業(yè)內(nèi)的輸配電線路），事實(shí)上這幾個(gè)功率因數(shù)的數(shù)據(jù)足以說(shuō)明，其主變和車(chē)間變及線路都沒(méi)能得到補(bǔ)償。
可以這么說(shuō)，對(duì)功率因數(shù)的補(bǔ)償，還存在認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，除了上述這種認(rèn)識(shí)外，還有一些企業(yè)管理者認(rèn)為功率因數(shù)低，對(duì)電能的損耗影響不大，故沒(méi)引起足夠的重視。
三、這主要是個(gè)認(rèn)識(shí)問(wèn)題
為什么這樣說(shuō)是認(rèn)識(shí)問(wèn)題，B公司的那些人足可說(shuō)明一切，還是一個(gè)典型的集中補(bǔ)償例子。還有另一家浙江某鋼業(yè)有限公司，他有二級(jí)變從10KV變6.3KV供高壓電動(dòng)機(jī)和另一臺(tái)6.3KV變380V變壓器用，結(jié)果對(duì)供高壓電機(jī)的那一條線路進(jìn)行了補(bǔ)償，而未對(duì)380V進(jìn)行補(bǔ)償，使這臺(tái)變壓器的運(yùn)行功率因數(shù)也只有0.63。是不是因?yàn)樾袠I(yè)的關(guān)系難以采取分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償，而疏忽管理呢，不是的，如上述A公司也存在這個(gè)問(wèn)題，皮革行業(yè)中生產(chǎn)線正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷就比較穩(wěn)定，不象鋼鐵行的電動(dòng)機(jī)都是點(diǎn)動(dòng)的，難以分組補(bǔ)償和就地補(bǔ)償，皮革行業(yè)應(yīng)該很好采取分組補(bǔ)償，但這個(gè)企業(yè)也沒(méi)有做。所有這些都說(shuō)明仍有部分人對(duì)其認(rèn)識(shí)不足或誤解。
我認(rèn)為除了個(gè)別企業(yè)是對(duì)它一無(wú)所知外，還有就是個(gè)量的認(rèn)識(shí)問(wèn)題，這么說(shuō)吧，企業(yè)也許知道功率因數(shù)低而產(chǎn)生的無(wú)功電流在企業(yè)內(nèi)部輸配電線路流動(dòng)時(shí)，一者造成了壓降（但由于近來(lái)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(shí)測(cè)電壓為392V時(shí)，其末端電動(dòng)機(jī)上電壓為373V，電機(jī)仍能正常起動(dòng)，電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間也不會(huì)很燙，這樣就顯示不了問(wèn)題了）；二者造成了損耗，但輸配電線路的損耗更是看不見(jiàn)了，配電柜上反映電流大，供電線路有點(diǎn)發(fā)熱，這似乎很正常，至于這是否由無(wú)功功率低引起電流大而產(chǎn)生的，這只能借助于儀器來(lái)測(cè)量了。不過(guò)話說(shuō)回來(lái)，管理好的企業(yè)，其電工基本上都能知道每條線路的功率因數(shù)值，隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。
因此我在這里必須說(shuō)說(shuō)功率因數(shù)對(duì)線損到底有多大。
四、對(duì)因功率因數(shù)引起的損耗要有個(gè)量的認(rèn)識(shí)
為什么說(shuō)要加強(qiáng)量的認(rèn)識(shí)，主要是有些管理者也知道功率因數(shù)對(duì)輸配電系統(tǒng)影響，壓降如上所說(shuō)成了次要問(wèn)題，對(duì)于損耗他們始終認(rèn)為只有一點(diǎn)點(diǎn)，問(wèn)題不大，因此需要用事實(shí)來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，下面我來(lái)簡(jiǎn)單推算一下這功率因數(shù)低的時(shí)候，造成變壓器和輸配電線路的損耗有多大。以年累計(jì)到底有多少有功電量被白白損耗掉，還增加了電費(fèi)開(kāi)支。
其中變壓器以B公司為例，因?yàn)槠錈o(wú)功補(bǔ)償是在高壓輸入端的，因而沒(méi)有降低變壓器的無(wú)功功率；而輸配電線路以A公司為例，因?yàn)槠渖a(chǎn)線正常生產(chǎn)時(shí)，各線路的電流也較穩(wěn)定，因此也較容易去分組補(bǔ)償來(lái)提高功率因數(shù)。
1、變壓器
以B公司為例，其一臺(tái)功率因數(shù)為0.5的主變，其實(shí)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(shí)測(cè)為2568kW
Q——輸入的無(wú)功功率，kvar 實(shí)測(cè)為4465kvar
S=(25682+44652)1/2=5151 KVA
可見(jiàn)無(wú)功功率占了變壓器相當(dāng)?shù)娜萘俊?/P>
我們是根據(jù)中華人民共國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《企業(yè)供配電系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》（GB/T16664-1996）的方法來(lái)計(jì)算變壓器損耗的，這里以假設(shè)對(duì)變壓器補(bǔ)償?shù)?.98（因?yàn)槠涓邏憾吮谎a(bǔ)償?shù)?.98），并以實(shí)測(cè)的電壓和有功功率在功率因數(shù)補(bǔ)償前后不變，的前提下做個(gè)簡(jiǎn)單的推算，確定到底能節(jié)約多少電能（反過(guò)來(lái)可以看出，它在功率因數(shù)為0.5時(shí)比0.98時(shí)多損耗的電能），由于公式比較復(fù)雜，這里不一一例出。（大家可上網(wǎng)查，或查看一些相應(yīng)的書(shū)籍，都有此類的公式）
變壓器功率因數(shù)為0.5時(shí)，實(shí)測(cè)變壓器輸出有功功率為2546 kW、無(wú)功功率為4465 kvar、平均輸出電流274A、輸入電壓34.9kV，這時(shí)計(jì)算得變壓器的日無(wú)功損耗4697 kvarh，日有功損耗535 kW h，負(fù)載系數(shù)為0.25。
以輸入電壓和輸出的有功功率不變的假設(shè)條件下，將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.98，經(jīng)推算得到變壓器平均輸出電流為142A、日無(wú)功損耗3008 kvarh、日有功損耗440 kW h，負(fù)載系數(shù)為0.12。
由上可知這臺(tái)變壓器的負(fù)載輕了，日損耗電量可減少95 kW h，以年運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)算，可節(jié)約23750 kW h的電能。以0.5元/ kW h計(jì)算，年可減少11875元的電費(fèi)開(kāi)支。
其另一臺(tái)變壓器的運(yùn)行功率因數(shù)為0.74，這時(shí)的輸出有功功率為3137 kW、無(wú)功功率為2675 kvar、平均輸出電流234A，這時(shí)計(jì)算得變壓器的日無(wú)功損耗4211 kvarh，日有功損耗472 kW h，負(fù)載系數(shù)0.42。
以輸入電壓和輸出的有功功率不變的假設(shè)條件下，將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.98，經(jīng)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(wú)功損耗2964 kvarh，負(fù)載系數(shù)0.32。
同樣這臺(tái)變壓器的負(fù)載輕了，日損耗電量減少78kWh，以年運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)算，可節(jié)約19500 kW h，以0.5元/ kW h計(jì)算，年可減少9750元的電費(fèi)開(kāi)支。這樣這兩臺(tái)變壓器如果進(jìn)行改造后，年可節(jié)電43250 kW h，年可減少電費(fèi)開(kāi)支21625元。
如果算上各車(chē)間的變壓器損耗，因?yàn)樗鼈兊墓β室驍?shù)也很低，它們的功率因數(shù)加權(quán)到主變壓器上，以及加上輸電線路的損耗，所以這企業(yè)的線損將是上述的2～3倍，也就是如果采取分組補(bǔ)償?shù)却胧昕晒?jié)電43000～129000 kW h，年可減少電費(fèi)開(kāi)支22000～66000元，相當(dāng)可觀。
2、輸配電線路
在輸配電線路上提高功率因數(shù)也是如此，這里以上述A公司的輸配電線路為例，因?yàn)榫�路上的電流較均勻，完全有可能把功率因數(shù)提高到0.95，因而較有代表性。線路長(zhǎng)130m，截面積150㎜2，銅質(zhì)電纜入地至車(chē)間，實(shí)測(cè)電壓400V、電流190A、功率因數(shù)為0.34、日輸送有功電量1074kWh，計(jì)算得日有功損耗為49.6 kW h。
現(xiàn)以線路的電壓不變及線路輸送的有功功率不變來(lái)推算，當(dāng)線路功率因數(shù)為0.95時(shí)，其電流為68A，計(jì)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(shù)從0.34提高到0.95時(shí)，日可減少線損電量43.6 kW h，如以年運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)算，年可節(jié)約電量10900 kW h，以0.5元/ kW h計(jì)算，年可節(jié)約5450元的電費(fèi)開(kāi)支。這僅只是一條輸配電線路計(jì)算量！這個(gè)企業(yè)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(gè)小數(shù)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(fèi)開(kāi)支！
推開(kāi)來(lái)想，全市又有多少這樣的企業(yè)，全國(guó)呢！積累起來(lái)將是很大的數(shù)字。因此要加強(qiáng)管理，增強(qiáng)節(jié)能意識(shí)，這些錢(qián)是比較容易省下來(lái)的。
我今天在這里說(shuō)的，是希望能引起各企業(yè)的重視，如果能讓企業(yè)管理者看得到這個(gè)損失，他也許會(huì)馬上會(huì)采取措施把錢(qián)給省下來(lái)的。但是看不到的話，那就放任自流了。
五、總結(jié)
說(shuō)到這里讓我們回頭看看，上述被監(jiān)測(cè)的輸配電線路中，占48%那些功率因數(shù)低于0.7的線路都要補(bǔ)償，占52%那些功率因數(shù)在0.8以上的，其中大部分線路的功率因數(shù)在0.9以下仍有潛力可挖。希望各企業(yè)負(fù)責(zé)人認(rèn)真抓抓這方面的工作。
從補(bǔ)償?shù)慕嵌壬蟻?lái)看，應(yīng)該提倡就地補(bǔ)償，因?yàn)樗鼜脑搭^上就把無(wú)功功率提高了，從而減少了無(wú)功功率的那部分電流在企業(yè)內(nèi)部輸配電網(wǎng)中的流動(dòng)，有效的降低了電能損耗。
就地補(bǔ)償需要注意，三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)切斷電源，會(huì)自勵(lì)產(chǎn)生電壓，電壓可達(dá)570V，這將對(duì)電容器和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生破壞作用，特別是在自勵(lì)磁中的異步電動(dòng)機(jī)（即在電動(dòng)機(jī)還沒(méi)停時(shí)）再接入電源，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)和所連接機(jī)械的嚴(yán)重沖擊甚至損壞。為了防止此現(xiàn)象發(fā)生，無(wú)功就地補(bǔ)償器的容量Qc按以 選用，UN為電動(dòng)機(jī)額定電壓，Io為電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，即空載電流。
現(xiàn)在有些單位給異步電動(dòng)機(jī)裝變頻器，這很好不但節(jié)電，電機(jī)運(yùn)行又平穩(wěn)，最好在總配電柜裝上消諧波柜，又能提高功率因數(shù)。
有關(guān)補(bǔ)償方法有多種方法，及各補(bǔ)償方法的利弊等，相關(guān)的書(shū)中也介紹很多，我不在這里再提了。
但是還要說(shuō)說(shuō)一些單位補(bǔ)方法就有問(wèn)題，如B公司這樣的補(bǔ)償就有問(wèn)題，雖然在其高壓端有一條電力線路去電弧爐車(chē)間，而把最終的補(bǔ)償放在了前面，但是，主變的二次端也應(yīng)該給予補(bǔ)償，而且各車(chē)間的變壓器也應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行分組補(bǔ)償，雖然就地補(bǔ)償比較難，那么上兩種補(bǔ)償措施應(yīng)該去做，我想企業(yè)可能過(guò)多的去考慮投入的費(fèi)用問(wèn)題，但至少應(yīng)該先把功率因數(shù)低的地方先補(bǔ)償好，全企業(yè)十幾臺(tái)變壓器理應(yīng)有個(gè)全盤(pán)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(jié)電，把錢(qián)給省下來(lái)是硬道理。因?yàn)檫@絕對(duì)不是個(gè)小數(shù)目。
下面例出輸配電線路的各種功率因數(shù)下與線損的關(guān)系表，供大家參考。
各種功率因數(shù)下與線損的關(guān)系表
|
cosφ |
線損百分比% |
cosφ |
線損百分比% |
|
1.0 |
100 |
0.6 |
282 |
|
0.9 |
124 |
0.5 |
405 |
|
0.8 |
158 |
0.4 |
650 |
|
0.7 |
206 |
|
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從上表可看出，當(dāng)線路上的功率因數(shù)降低時(shí)，將大大的增加其線路的損耗。
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