2006年12月8日

 摘要：今年我们对25家企业进行了能源审计，审计中发现企业对供电体系中的高压端的功率因数都较注意（因为太低的话可能被罚款），即都能达到《评价企业合理用电技术导则》中规定：企业的功率因数应达到0.9以上的要求，但部分企业没做到是在“提高自然功率因数的基础上，合理装置无功补偿”。本文简单分析了无功补偿的作用，主要以实例的简单推算能使大家对它（即功率因数的高低到底对输配电线路的损耗的影响，它每年可能会增加了企业几万元的电费负担。）有个较明白的认识。提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电降耗工作的一项重要措施。

一、概述

变压器和三相异步电动机是电感性设备，在生产运行中需要从电源中吸收大量的无功功率，才能正常工作，会给企业造成较大的电压损失和电能损耗。如企业中存在大马拉小车、点动的电动机其运行功率因数及综合效率都很低，损耗大等方面的问题。因此，加强对三相异步电动机的运行管理，提高运行功率因数和综合效率，同时加强对功率因数的补偿，减少无功功率，减少线路损耗是势在必行的。

许多企业一般都是在企业内部配电室里二次侧的0.4千伏母线上集中安装一些电容器柜，对变配电系统的无功功率进行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积极作用。可是，由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，即在供配电线路的未端，分散在各个生产车间里面，形成了企业内部的输配电网络，其结果造成大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动，所造成很大的损耗。由此，企业尽可能提高自然功率因数外，还必须采取分组补偿和就地补偿等措施，来提高功率因数，最终实现节能降耗的目的。

二、现状

在二十五家企业中，抽查了他们的变压器和总共119条输配电线路运行情况，绝大多数企业能将自己变电系统中的功率因数补偿到0.9以上的规定指标，以免被罚款。这就是说在功率因数的补偿工作中，他们的集中补偿做的不错，但仍有部分企业的分组补偿和就地补偿做的就差些了，或根本就没做，补偿好的单位，其主变压器的二次端至各车间的输配电线路的功率因数基本上在0.9以上，而补偿差些的单位其输配电线路大部分功率因数在0.6以下，如温州某皮革有限公司（以下简称A公司）抽查七条输配电线路，有五条在0.44以下的，而温州某钢业有限公司（以下简称B公司）的一条输配电线路的功率因数只有0.22。综合这些单位被抽查的输配电线路的功率因数，在0.8以上的约占52%，在0.8～0.6之间的约占27%，在0.6以下的约占21%。

可见分组补偿和就地补偿做得远远不够，这主要是企业对功率因数认识不足引起的，如B公司企业规模较大，企业内有二级变压从35KV变10KV，到车间再变至380V，有企业变电站，中心控制室，全电脑控制显示，其设施和环境可谓一流，但检查发现其补偿就有问题，将无功补偿全补在了35KV高压端，这造成了企业内的一台SZ9-20000/35主变的运行功率因数只有0.50，而另一台SZ9-10000/35主变的运行功率因数为0.74，其各车间的十几台变压器的运行功率因数大多数在0.6～0.7之间，最低为0.22，其分组补偿和就地补偿基本上没做，可想而知其变压器的容量及输配电线路被无功功率占了相当大容量，而且其损耗也相应增加。然而这变电站内所有人员都这样认为，其补偿是补前（指输入的电网线路）补后（指企业内的变压器）补线路（指企业内的输配电线路），事实上这几个功率因数的数据足以说明，其主变和车间变及线路都没能得到补偿。

可以这么说，对功率因数的补偿，还存在认识上的误区，除了上述这种认识外，还有一些企业管理者认为功率因数低，对电能的损耗影响不大，故没引起足够的重视。

三、这主要是个认识问题

为什么这样说是认识问题，B公司的那些人足可说明一切，还是一个典型的集中补偿例子。还有另一家浙江某钢业有限公司，他有二级变从10KV变6.3KV供高压电动机和另一台6.3KV变380V变压器用，结果对供高压电机的那一条线路进行了补偿，而未对380V进行补偿，使这台变压器的运行功率因数也只有0.63。是不是因为行业的关系难以采取分组补偿和就地补偿，而疏忽管理呢，不是的，如上述A公司也存在这个问题，皮革行业中生产线正常运行时，负荷就比较稳定，不象钢铁行的电动机都是点动的，难以分组补偿和就地补偿，皮革行业应该很好采取分组补偿，但这个企业也没有做。所有这些都说明仍有部分人对其认识不足或误解。

我认为除了个别企业是对它一无所知外，还有就是个量的认识问题，这么说吧，企业也许知道功率因数低而产生的无功电流在企业内部输配电线路流动时，一者造成了压降（但由于近来供电较正常，因此它所引起压降有限，并不明显，如在A公司在低压母线上实测电压为392V时，其末端电动机上电压为373V，电机仍能正常起动，电机运行一段时间也不会很烫，这样就显示不了问题了）；二者造成了损耗，但输配电线路的损耗更是看不见了，配电柜上反映电流大，供电线路有点发热，这似乎很正常，至于这是否由无功功率低引起电流大而产生的，这只能借助于仪器来测量了。不过话说回来，管理好的企业，其电工基本上都能知道每条线路的功率因数值，随时对其进行监控。

因此我在这里必须说说功率因数对线损到底有多大。

四、对因功率因数引起的损耗要有个量的认识

为什么说要加强量的认识，主要是有些管理者也知道功率因数对输配电系统影响，压降如上所说成了次要问题，对于损耗他们始终认为只有一点点，问题不大，因此需要用事实来说明问题，下面我来简单推算一下这功率因数低的时候，造成变压器和输配电线路的损耗有多大。以年累计到底有多少有功电量被白白损耗掉，还增加了电费开支。

其中变压器以B公司为例，因为其无功补偿是在高压输入端的，因而没有降低变压器的无功功率；而输配电线路以A公司为例，因为其生产线正常生产时，各线路的电流也较稳定，因此也较容易去分组补偿来提高功率因数。

1、变压器

以B公司为例，其一台功率因数为0.5的主变，其实际的容量：

S=(P2+Q2)1/2

S——视在功率KVA

P——输入的有功功率，kW   实测为2568kW

Q——输入的无功功率，kvar  实测为4465kvar

S=(25682+44652)1/2=5151 KVA  

可见无功功率占了变压器相当的容量。

我们是根据中华人民共国国家标准《企业供配电系统节能监测方法》（GB/T16664-1996）的方法来计算变压器损耗的，这里以假设对变压器补偿到0.98（因为其高压端被补偿到0.98），并以实测的电压和有功功率在功率因数补偿前后不变，的前提下做个简单的推算，确定到底能节约多少电能（反过来可以看出，它在功率因数为0.5时比0.98时多损耗的电能），由于公式比较复杂，这里不一一例出。（大家可上网查，或查看一些相应的书籍，都有此类的公式）

变压器功率因数为0.5时，实测变压器输出有功功率为2546 kW、无功功率为4465 kvar、平均输出电流274A、输入电压34.9kV，这时计算得变压器的日无功损耗4697 kvarh，日有功损耗535 kW h，负载系数为0.25。

以输入电压和输出的有功功率不变的假设条件下，将功率因数补偿到0.98，经推算得到变压器平均输出电流为142A、日无功损耗3008 kvarh、日有功损耗440 kW h，负载系数为0.12。

由上可知这台变压器的负载轻了，日损耗电量可减少95 kW h，以年运行6000小时计算，可节约23750 kW h的电能。以0.5元/ kW h计算，年可减少11875元的电费开支。

其另一台变压器的运行功率因数为0.74，这时的输出有功功率为3137 kW、无功功率为2675 kvar、平均输出电流234A，这时计算得变压器的日无功损耗4211 kvarh，日有功损耗472 kW h，负载系数0.42。

以输入电压和输出的有功功率不变的假设条件下，将功率因数补偿到0.98，经推算得到变压器平均输出电流为177A、日有功损耗394 kW h、日无功损耗2964 kvarh，负载系数0.32。

同样这台变压器的负载轻了，日损耗电量减少78kWh，以年运行6000小时计算，可节约19500 kW h，以0.5元/ kW h计算，年可减少9750元的电费开支。这样这两台变压器如果进行改造后，年可节电43250 kW h，年可减少电费开支21625元。

如果算上各车间的变压器损耗，因为它们的功率因数也很低，它们的功率因数加权到主变压器上，以及加上输电线路的损耗，所以这企业的线损将是上述的2～3倍，也就是如果采取分组补偿等措施，年可节电43000～129000 kW h，年可减少电费开支22000～66000元，相当可观。

2、输配电线路

在输配电线路上提高功率因数也是如此，这里以上述A公司的输配电线路为例，因为线路上的电流较均匀，完全有可能把功率因数提高到0.95，因而较有代表性。线路长130m，截面积150㎜2，铜质电缆入地至车间，实测电压400V、电流190A、功率因数为0.34、日输送有功电量1074kWh，计算得日有功损耗为49.6 kW h。

现以线路的电压不变及线路输送的有功功率不变来推算，当线路功率因数为0.95时，其电流为68A，计算得线路日有功损耗为6 kW h。

由上推算得这条输电线路的功率因数从0.34提高到0.95时，日可减少线损电量43.6 kW h，如以年运行6000小时计算，年可节约电量10900 kW h，以0.5元/ kW h计算，年可节约5450元的电费开支。这仅只是一条输配电线路计算量！这个企业的另外有四条线路情况跟这条线路差不多，这里就不再一一推算了，那么上面的量乘上5倍，就是27000元，这将不是个小数字。

然而这些电量在看不到的情况下，白白损耗掉了，还增加了电费开支！

推开来想，全市又有多少这样的企业，全国呢！积累起来将是很大的数字。因此要加强管理，增强节能意识，这些钱是比较容易省下来的。

我今天在这里说的，是希望能引起各企业的重视，如果能让企业管理者看得到这个损失，他也许会马上会采取措施把钱给省下来的。但是看不到的话，那就放任自流了。

五、总结

说到这里让我们回头看看，上述被监测的输配电线路中，占48%那些功率因数低于0.7的线路都要补偿，占52%那些功率因数在0.8以上的，其中大部分线路的功率因数在0.9以下仍有潜力可挖。希望各企业负责人认真抓抓这方面的工作。

从补偿的角度上来看，应该提倡就地补偿，因为它从源头上就把无功功率提高了，从而减少了无功功率的那部分电流在企业内部输配电网中的流动，有效的降低了电能损耗。

就地补偿需要注意，三相异步电动机在运行时切断电源，会自励产生电压，电压可达570V，这将对电容器和电动机产生破坏作用，特别是在自励磁中的异步电动机（即在电动机还没停时）再接入电源，会造成电动机和所连接机械的严重冲击甚至损坏。为了防止此现象发生，无功就地补偿器的容量Qc按以 选用，UN为电动机额定电压，Io为电动机励磁电流，即空载电流。

现在有些单位给异步电动机装变频器，这很好不但节电，电机运行又平稳，最好在总配电柜装上消谐波柜，又能提高功率因数。

有关补偿方法有多种方法，及各补偿方法的利弊等，相关的书中也介绍很多，我不在这里再提了。

但是还要说说一些单位补方法就有问题，如B公司这样的补偿就有问题，虽然在其高压端有一条电力线路去电弧炉车间，而把最终的补偿放在了前面，但是，主变的二次端也应该给予补偿，而且各车间的变压器也应根据负荷情况进行分组补偿，虽然就地补偿比较难，那么上两种补偿措施应该去做，我想企业可能过多的去考虑投入的费用问题，但至少应该先把功率因数低的地方先补偿好，全企业十几台变压器理应有个全盘考虑，抓好管理，先急后缓地把事情给办好了是最主要的。能节电，把钱给省下来是硬道理。因为这绝对不是个小数目。

下面例出输配电线路的各种功率因数下与线损的关系表，供大家参考。

各种功率因数下与线损的关系表

从上表可看出，当线路上的功率因数降低时，将大大的增加其线路的损耗。