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工廠供電系統無功補償的分析及應用論文
摘要：提高工廠供電系統中各相關部分的功率因數，以充分利用設備的容量，增強輸電能力，減少功率損耗和電能損耗，實現電能的節約及供電質量的提高意義深遠。文章從無功補償的原理出發，介紹了無功補償技術在工廠供電系統的應用及其注意事項，有一定借鑒意義。
關鍵詞：無功補償；供電系統；功率因數
工廠用電設備繁多，且大部分為電感性設備，在生產運行中往往需要吸收大量的無功功率，進而造成工廠供電系統的功率因數降低，不僅對電壓質量造成影響，導致不能有效地利用電氣設備，更對系統的供電能力造成嚴重影響。因此，對工廠而言，提高系統中各相關部分的功率因數，以充分利用設備的容量，增強輸電能力，進而減少功率損耗和電能損耗，實現電能的節約及供電質量的提高，意義深遠。
1無功補償技術原理
電流經過純電阻過程中電能會轉化為熱能，但在經過純容性負載時并未做功，因此被稱為無功功率，在實際電路中常為混合性負載，因此有電流經過時會有部分電能未做功，這時功率很小，若進行無功補償則能大幅度地提高電能利用率，利于工廠節能增效。如前所述，工廠多為感性負荷，因此電感負載需依賴公共功率的大量補償，一般可采用如下兩大種途徑，一是由輸配電系統提供，輸配電系統在設計時均要考慮有功功率及無功功率，但傳輸無功功率會對變壓器造成損害，使得系統效益降低。二是由補償電容器來提供，其無功功率為直接就地提供，不會造成上述問題的困擾，利于系統經濟效益的提高。
2工廠供電系統無功補償方法
2.1使用電力電容器作無功補償。電力電容器也稱為靜電電容器或移相電容器，實際中可通過在工廠線路上安裝靜電電容器，有效降低線路前端電網中的無功電流，此方法簡單經濟，是工廠企業中較常采用的方法，其具體補償方式有如下三種類型。
2.1.1低壓分組補償。即通過在車間變配電室安裝電容器，減少所需電容器的總容量，提高電容器的使用效率。該補償方式采用的低壓開關及保護裝置價格低廉，可實現自動控制，使得配電變壓器及高壓線中的電能損耗大大減少，有效降低工廠車間內的主變壓器功率。但在此過程中切不可減少低壓線路中的無功電流，因此為增強補償效果，可將無功補償設備安置在配電箱及低壓用電設備附近，混合使用分組補償與個別補償。
2.1.2個別補償。個別補償，也稱就地隨機補償，即直接將電容器與電動機的引出線端相連，與電動機合用一套開關設備。在采用該補償方式時，為更好地發揮其效果，要注意如下問題：
（1）安裝位置選址必須正確，且不可隨意進行，如，若電氣裝置的功率因數超過0.9時，若電設備無重大變動則無需進行就地無功補償；高次諧波含量過多處不宜應用就地無功補償；電力裝置的輸出側以及逆運行的電動機不可采用就地無功補償。
（2）要選擇適當的補償電容器容量，盡量避免過補償。
（3）必須購買合格產品。
2.1.3高壓集中補償。高壓集中補償，即在工廠總降壓變電所低壓側為6-IOKV的母線上安裝電容器，但該方式雖安裝簡便且利用率高，但由于該電容器只能安裝在總降壓變電所，因此只能減少變電所前電力系統通過的無功功率，提高本變電所的電壓質量，對工廠內部配電系統的無功功率作用不大，且電容器的開關設備及其保護裝置價格較高，較之前面兩種經濟效果較差。
2.2使用同步補償器作無功補償。同步補償器也叫同步調相機，其實際上是空載運行的同步電動機在過勵磁運行狀態下，向電力系統供給無功功率，在欠勵磁運行狀態下，從電力系統吸取無功功率。該方式雖能均勻地調節電網電壓水平，但結構復雜，較之電力電容器投資及運行成本大，因此除大的電網中樞外，一般工廠不宜采用。
2.3提高自然功率因數。工廠電氣設備的負荷性質決定著自然功率因數的高低，一般為阻性負荷的功率因數高而感性負荷的功率因數低。要提高功率因數則系統供給的無功功率要減少，實際中可采用以下兩大措施降低用電設備所需無功功率，提高自然功率。
2.3.1合理選擇電動機。合理選擇電動機的規格、型號及容量，使其最大限度地接近或滿足滿載運行狀態。同時，由于各工廠生產環境及條件要求各異，異步電動機的結構形式也各異，因此選擇電動機時既要注意其電氣指標，又要兼顧其機械性能，一般來說選擇電動機形式時應盡量避免選擇和使用封閉式電動機。
2.3.2合理選擇變壓器。變壓器消耗的無功功率因數在工廠整個供電系統中比例約占全部無功功率的25%，而變壓器處于空載運行狀態下的無功功率約占全部無功功率因數的80%，因此工廠要想有效地改善功率因數，節能降耗，必須綜合考慮變壓器的臺數、容量以及運行方式，確保其達到最優化。
3無功補償注意事項
3.1諧波的有效抑制。電容器雖能抗諧波，但也有放大諧波的副作用，因此需對諧波進行有效抑制，具體措施如下：
（1）將易受諧波侵害的補償電容器串接抑波電抗器；
（2）在換流裝置附近接入濾波器；
（3）在母線Pr上設置微電腦消諧裝置；
（4）提高變流器的供電電壓及脈動數，減少低次諧波，將多臺變流器接于一段母線上。
3.2并聯電容器接線方式。并聯電容器分兩大類，三角形及星形，前者又分單三角形、及雙三角形，后者分單星形及雙星形。同樣三個單相電容器，采用三角形接線的容量為星形接線的容量的3倍，因此以往工廠中以三角形接法最為普遍。但另一方面，高壓電容器三角形接法具有一定的安全隱患，因此國家規定新（擴）建高壓電容器組不再采用三角形接線，對于有些低壓三相并聯電容器內部已接成三角形屬正常接線方式。
3.3無功倒送問題。無功倒送勢必造成配電網損耗的增加，加重輸電線路的負擔，對工廠采用固定電容器補償的用戶，負荷在低谷時往往產生無功倒送問題，對此可采用電容自動補償裝置或部分投入電容器。
3.4運行維護問題。若供電系統電壓過低或功率因數過低時，則應投入并聯電容器，值班員應在并聯電容器組正常運行中對電壓、電流及室溫等進行定期檢視其，并檢查其外部是否有外殼膨脹及漏噴油等現象，有無放電聲響或放電痕跡，接頭是否存在發熱現象，放電設備是否完好，指示燈是否指示正常等。若發生以下任一情況，即：電容器爆炸；套管閃絡放電；接頭嚴重過熱；電容器嚴重噴油或燃燒；環境溫度超過40℃；變配電所母線電壓超過電容器額定電壓的1.1倍等，必須立即切除電容器。
總之，工廠企業想要降低無功耗損，滿足電力部門對電能質量的要求，必須從負荷的特性及電網的情況出發，結合自身實際特點確定無功補償的方式。此外，在進行時無功補償時要遵循一定的原則，即注意降損及調壓結合，降損為重，注意總體與局部的平行關系，局部為重，注意電網與使用者的結合，注意分散補償和集中補償的結合，分散為重，以切實實現用電的經濟、可靠及安全，為工廠生產服務。
參考文獻
[1]王雨.工廠供電系統無功補償問題研究[J].技術與市場，2011（06）.
[2]趙敬濤.試論無功補償在工廠供電中的應用[J].北京電力高等專科學校學報，2012（03）.
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