学文网摘要：本文介绍了通过合理选择集中电容补偿装置的串联电抗器电抗率、电容器额定电压和额定容量，在保证设备和供电系统安全、可靠运行的前提下，将工厂供电系统的功率因数由0.90提高到0.95，既减少了电能的有功损耗，而且得到电力公司的功率因数奖励费用，取得了较好的经济效益。
关键词：功率因数 电抗率 额定电压 额定容量 效益
中***分类号：C35 文献标识码： A
一、供电系统及功率因数情况简述
我厂有两个10KV变电所共分三段母线，原设计每段母线均有电容集中补偿装置（见供电系统***）。电力公司计量装置装配在220KV变电站110KV侧，月平局功率因数能达到0.9。根据功率因数调整电费办法，既不征收惩罚电费，也不进行电费奖励。但由于我厂用电量较大（每月约4000万千瓦时），如将功率因数提高到0.95，可按电费0.75%的费率进行奖励，初步估算每月可返还电费约20万元，再加上由于无功减少而使系统有功损耗减少的费用，经济效益十分可观。
工厂供电系统***
二、新电容补偿装置主要参数的确定
原三段10KV母线均配有电容集中补偿装置，但补偿容量偏小（具体参数见下表）。要通过增加电容补偿容量的方法来提高系统功率因数，关键是确定电容补偿装置的串联电抗器电抗率、电容器额定电压和额定容量等参数，并通过措施防止无功过补偿的出现。只有合理的选择参数才能保证电容补偿装置和供电系统安全、可靠的运行，并在此基础上将系统的功率因数提高到预期值，减少供电系统的电能损耗，并获取最大的经济效益。
1、串联电抗器电抗率的选择
原电容补偿装置串联电抗器电抗率为6%，除限制电容器投运时的涌流外还可以抑制电网中5次及以上的谐波。但我厂无大型非线性负载，只有几台低压变频器及UPS，具体谐波情况暂不明确。因此如新电容器补偿装置串联电抗器继续按6%选择，会使电抗器的成本增加，而且会造成电容器本身运行电压的升高，当电网电压偏高时可能会影响电容器的使用寿命，具体分析如下：
根据公式：Un（串电抗器后的电容器电压）=Ue （系统电压）/1-K（电抗率）
当电抗率为6%时，电容器运行电压为1.0638Ue（系统电压）
当电抗率为1%时，电容器运行电压为1.0101Ue（系统电压）
但如果按电抗率1%选择，而系统中又存在较多谐波，由于电容器会对谐波呈现低阻抗性，谐波电流叠加在电容器的基波电流上，会使电容器电流有效值增大，温升增高，引起过热而降低电容器的使用寿命或使电容器损坏。甚至造成电网谐振的出现，对所连接的各种电气设备都产生严重的危害。
为确保电容设备和供电系统的安全，我厂联系了一家专业谐波测量公司对供电系统的谐波情况进行连续15天测量，并通过专用分析软件对系统电压及电流的谐波畸变情况进行了分析，结果表明三段10KV母线电压总谐波畸变率均低于规程限定值（4%）。
注：THDu――电压总谐波畸变率
谐波电流测试结果也均低于规程中的相应谐波次数的谐波电流值。
根据以上数据得出我厂供电系统谐波含量较低。电压总畸变率、电流谐波含量值等数据均大大低于国标强制规定。因此在选择电容补偿装置时无需考虑用串联电抗器来消除谐波，可以选择1%电抗率，只用来抑制电容器的合闸涌流。
2、电容器额定电压的选择
电容器对电压较为敏感，额定电压选低了可能会影响电容器的使用寿命，额定电压选高了电容器输出容量将又将会受到影响。因此在充分考虑电容器本身电压承受能力的情况下，要综合考虑接入电网的运行电压，还要考虑电容器回路串入电抗器时会使电容器端子上的电压升高等影响。根据供电系统运行对电压的统计情况看基本维持在10.1-10.4KV之间，而且串联电抗器的电抗率已选择为1%，因此电容器的额定电压可保持11KV不变。
3、电容器额定容量的选择
通过长期观察记录三段10KV母线在最大运行负荷下的有功功率、无功功率、视在功率及功率因数等选为参数选择依据，具体数据如下表：
由于电力公司计量点在220KV变电所110KV侧，因此需要将110/10KV变压器的无功损耗考虑在内，特别是变压器负荷率较高的情况下。根据变压器的无功损耗公式算得变压器的无功损耗。具体见下表：
变压器空载无功损耗：Q0=I0%*SN/100=0.121*63000/100=76KVAR
变压器额定无功损耗：QN=UK%*SN/100=10.27*63000/100=6470KVAR，再根据负荷率计算负载无功损耗
（110/10KV变压器主要参数为：SN =63000KVA，UK%=10.27%，I0%=0.121%）
根据以上量表计算结果，算得所选电容器额定容量如下表：
装配电容器折算系数：K1= （Uc/Ue） 2* （1- K）=（11/10）2*（1-0.01）=1.2
Uc：电容器的额定电压，根据上面分析取11KV
Ue：母线的额定电压，取10KV
K：串联电抗器电抗率，根据上面分析取1%
根据以上计算结果，并结合每只电容器的额定容量和实际运行负荷率等，一期变电所选择的电容器额定容量为4500KVAR（9台500KVAR），二期变电所选择了两套容量为6000KVAR（12只500KVAR）的电容器。
4、防止过补偿措施
由于每段母线中有两台大功率电机配电回路，当其中一台电机或两台电机同时因故障停运，而电容器仍在运行时，会造成该段母线过补偿，由于过补偿会产生抬高电网电压、增加损耗等危害，
因此增加了防止过补偿连锁。即在电容馈线柜前面板安装接线压板1个，然后将两台大功率电机断路器的常闭辅助触点并联后和压板串联接至电容馈线柜跳闸回路中。简***如下：
三、投运后效果及效益分析
三套新电容补偿装置投运后电力公司计量侧总功率因数达到了预期的0.95，通过专业谐波测试公司对三段母线的谐波情况进行了复测，结果发现电压总畸变率有了较大幅度的下降，系统电能质量得到了优化。通过此次技改可以取得电力公司功率因数奖励费用，又可以减少电力线路及变压器的有功损耗，取得两方面的经济效益。
1、电力公司功率因数奖励费用
该技改项目自2011年11月份完成后，在短短8个月内已经累计得到电力公司的功率因数奖励153万元，收回了设备改造成本，达到了预期经济效果。
2、减少供电系统有功损耗
⑴ 减少变压器有功损耗：功率因数提高后，降低了110/10KV变压器的视在功率负荷率，减少了变压器的有功损耗。根据变压器有功损耗计算公式P=PK *（S/SN）2 （P：变压器有功损耗， PK：变压器额定负荷下有功损耗，S：变压器运行视在功率，SN：变压器额定视在功率）计算两台变压器每月可减少有功损耗约1.3万千瓦时。
⑵ 减少部分电缆的有功损耗：功率因数提高后会减小流经电缆的电流，从而减少电缆的有功损耗。根据焦耳定律Q=I2*R*t（I：流经电缆电流，R：电缆电阻，t：运行时间）计算，220KV变电所至110KV变电所电缆每月可减少有功损耗约1.3万千瓦时，110KV变电所至10KV变电所电缆每月可减少有功损耗约8.3万千瓦时。
在不考虑配电柜部分的有功损耗减少量的情况下，每年可减少电能损耗约130万千万时，折合标准煤455吨（等价值折标），节能资金约80万元。
四、结束语
通过对我厂电容补偿装置主要参数的选择和提高功率因数后在节能及经济效益方面的分析，希望能给用电量较大的企业带来一定启发，充分结合自己企业的实际情况，提高企业的功率因数，减少电能损耗，为构建节能型社会贡献一份力量。
参考文献：
并联电容器装置设计规范 GB 50227-2008
电能质量 公用电网谐波 GB/T14549-93
功率因数调整办法 （83）水电财字第215号文件
工厂供电（第三版） 刘介才
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