大部分用電設(shè)備為感性負(fù)載，自然功率因數(shù)較低，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí)，還需無功功率由電源送往負(fù)荷。功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過合理采用無功補(bǔ)償技術(shù)，可以減少無功功率在電網(wǎng)中的流動。
提高功率因數(shù)后可以達(dá)到節(jié)約電能、降低損耗的目的，同時(shí)用戶也可以減少電費(fèi)的支出。我國的電價(jià)結(jié)構(gòu)包括基本電費(fèi)、電能電費(fèi)和按功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)三部分。因此，用戶通過合理的無功補(bǔ)償投資，也能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。而目前許多農(nóng)電用戶對提高功率因數(shù)的重要性認(rèn)識不足，造成了電能的損失和浪費(fèi)。
無功補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)化配置原則為：“總體平衡與局部平衡相結(jié)合；供電部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合；集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主；降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。”
《電力系統(tǒng)電壓無功技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：“3.2電力系統(tǒng)的無功電源與無功負(fù)荷，在高峰或低谷時(shí)都應(yīng)采用分（電壓）層和分（電）區(qū)基本平衡的原則進(jìn)行配置和運(yùn)行，并應(yīng)具有靈活的無功電力調(diào)節(jié)能力與檢修備用。
5.7220 kV及以下電壓等級的變電所中，應(yīng)根據(jù)需要配置無功補(bǔ)償設(shè)備，其容量可按主變壓器容量的0.10～0.30 確定。在主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其二次側(cè)的功率因數(shù)不小于表1中所列數(shù)值，或者由電網(wǎng)供給的無功功率與有功功率比值不大于規(guī)定數(shù)值。
“第五章無功電源建設(shè)與無功配置第二十條變電站應(yīng)合理配置適當(dāng)容量的無功補(bǔ)償裝置，并根據(jù)計(jì)算確定無功補(bǔ)償裝置的容量。35～220 kV變電站在主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其一次側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95；在低谷負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)不高于0.95。”
《國家電網(wǎng)公司農(nóng)網(wǎng)“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃綱要》：“節(jié)能降損目標(biāo)是積極推廣應(yīng)用節(jié)能、降損、環(huán)保技術(shù)、淘汰高耗能變壓器。中壓綜合線損率降到9％以下，低壓線損率降到11％及以下。10千伏母線功率因數(shù)達(dá)到0.95以上的目標(biāo)。”
《電力系統(tǒng)電壓和無功電力管理?xiàng)l例》：“第十二條用戶在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：
高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶功率因數(shù)為0.90及以上，其它100 kVA（kW）及以上電力用戶和大、中型電力排灌站功率因數(shù)為0.85及以上，躉售和農(nóng)業(yè)用電功率因數(shù)為0.80及以上。凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的新用戶，供電局可拒絕接電。”
配電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)姆绞饺鐖D2所示，方式1為變電所的集中補(bǔ)償，方式2為配電臺區(qū)的集中補(bǔ)償，方式3為線路上的無功補(bǔ)償，方式4為分散補(bǔ)償。
式中 QC——容性無功補(bǔ)償設(shè)備總?cè)萘浚?/div>
QD——最大自然無功負(fù)荷；
QG——本網(wǎng)發(fā)電機(jī)的無功功率；
QR——主網(wǎng)和鄰網(wǎng)輸入的無功功率；
QL——線路和電纜的充電功率。
10(6)kV 配電線路上宜配置高壓并聯(lián)電容器，或者在配電變壓器低壓側(cè)配置低壓并聯(lián)電容器。電容器的安裝容量不宜過大，一般約為線路配電變壓器總?cè)萘康?0.05～0.10，并且在線路最小負(fù)荷時(shí)，不應(yīng)向變電所倒送無功。如配置容量過大，則必須裝設(shè)自動投切裝置。變壓器的無功消耗可按下式計(jì)算
ΔQT = [I0％/100＋VK％/100×β2]S e
式中 I0%——變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù)；
VK％——變壓器短路電壓的百分?jǐn)?shù)；
S e——變壓器的額定容量，kVA；
β——變壓器的負(fù)載率。
通常補(bǔ)償容量為變壓器無功消耗的1.2~1.4倍。
2 功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的計(jì)算方法
供電部門在為用戶確定供電方案時(shí)，除了核準(zhǔn)供電容量、確定供電電源點(diǎn)、供電電壓等級、計(jì)量裝置的設(shè)置、計(jì)費(fèi)方式、用戶注入電網(wǎng)的諧波分量，以及方案有效期外，還對功率因數(shù)給定了一個(gè)最低限值，分別為0.9、0.85、0.8。
根據(jù)國家現(xiàn)行電價(jià)的規(guī)定，用戶功率因數(shù)分別以0.9、0.85、0.8為基礎(chǔ)，當(dāng)功率因數(shù)高過這些值時(shí)，可按比例減少電費(fèi)；當(dāng)用戶用電的功率因數(shù)低于這些值時(shí)，要按比例增加當(dāng)月電費(fèi)，具體計(jì)算方法是W = (1＋a%)(F1＋F2)
式中 W——當(dāng)月電費(fèi)，元；
F1——基本電費(fèi)，元/kVA；
F2——電量電費(fèi)，元/kWh；
a%——功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)系數(shù)。
當(dāng)用戶cosφ > 0.9，0.85，0.80標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，a%為負(fù)值，當(dāng)用戶cosjφ < 0.9，0.85，0.80標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，a%為正值，當(dāng)用戶cosφ = 0.9，0.85，0.80標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，a% = 0。
3 應(yīng)用實(shí)例
某一用戶的變壓器容量為6.3MVA，月用電量為35×105 kWh，平均功率因數(shù)為0.8。若該用戶的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為0.8，計(jì)算該用戶補(bǔ)償?shù)?.92時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益�；倦娰M(fèi)按每kVA每年180元、電量電費(fèi)按 0.4元/kWh計(jì)算。補(bǔ)償裝置每kVA的投資按60元，資產(chǎn)折舊率為10％，無功補(bǔ)償設(shè)備的有功損耗為其額定容量的3%。計(jì)算過程如下。
3.1 計(jì)算補(bǔ)償容量
補(bǔ)償前cosφ 1= 0.8，tanφ 1 = 0.75，平均有功功率為P1=350×10000/30/24 = 4861（kW），無功功率為Q1 = P1×tanφ 1 = 3645.75（kvar）。
假設(shè)補(bǔ)償電容器容量為xkvar，經(jīng)補(bǔ)償后，功率因數(shù)為 cosφ 2 = 0.92，tanφ 2 = 0.426，無功功率為Q2 = Q1-x，而用戶的有功功率P2 = P1 0.03x，于是tanφ 2 = Q2/P2=0.426，解得x = 1569 ≈ 1600（kvar）。
3.2 補(bǔ)償前用戶的年支出費(fèi)用
基本電費(fèi)為6.3×1000×180/10000 =113.4（萬元）；
電量電費(fèi)為350×12×0.4 = 1680（萬元）；
用戶總支出電費(fèi)為113.4 1680 = 1793.4（萬元）。
3.3 補(bǔ)償后用戶年支出費(fèi)用
電容器年運(yùn)行時(shí)間按8000小時(shí)估算，則電量電費(fèi)為0.4×1600×0.03×8000/10000 1680 = 1695（萬元），總電費(fèi)為113.4 1695 = 1808.4（萬元）。
按功率因數(shù)調(diào)整后電費(fèi)為1808.4×(1-0.013) =1784.9（萬元）；
無功補(bǔ)償設(shè)備投資為1600×60/10000 =9.6（萬元），則資產(chǎn)折舊費(fèi)為0.96萬元；
用戶年總支付費(fèi)用為1784.9 0.96 = 1785.9（萬元）；
補(bǔ)償后每年經(jīng)濟(jì)效益為1793.4-1785.9= 7.5（萬元）。每年節(jié)約電費(fèi)為1793.4-1784.9 = 8.5（萬元），投資可在1.1年左右回收。
若該用戶的平均功率因數(shù)為0.85，功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)也為0.85，其它計(jì)算條件不變，計(jì)算該用戶補(bǔ)償?shù)?.94時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益，計(jì)算過程如下：
計(jì)算補(bǔ)償量：補(bǔ)償前cosφ1 = 0.85，tanφ 1 = 0.62，平均有功功率為P1 =350×10000/30/24 = 4861（kW），無功功率為Q1 = P1×tanφ 1 = 3013.82（kvar）。
假設(shè)補(bǔ)償電容器容量為x kvar，經(jīng)補(bǔ)償后，功率因數(shù)為cosφ 2 = 0.94，tanφ 2 = 0.363，無功功率為Q2= Q1-x，而用戶的有功功率P2 = P1 0.03，于是tanφ 2 = Q2/P2 =0.363，解得x = 1235≈1200（kvar）補(bǔ)償前用戶年支出費(fèi)用如上述計(jì)算，仍為1793.4萬元。
補(bǔ)償后用戶年支出費(fèi)用。電容器年運(yùn)行時(shí)間按8000h估算，則電量電費(fèi)為0.4×1200×0.03×8000/10000 1680 = 1691.5（萬元），總電費(fèi)為113.4 1691.5 =1804.9（萬元）。
按功率因數(shù)調(diào)整后電費(fèi)為1804.9×(1-0.011） = 1785（萬元）；
無功補(bǔ)償設(shè)備投資為1200×60/10000 =7.2（萬元），則資產(chǎn)折舊費(fèi)為0.72萬元；
用戶年總支付費(fèi)用為1785 0.72 = 1785.7（萬元）；
補(bǔ)償后每年經(jīng)濟(jì)效益為1793.4-1785.7= 7.7（萬元）。每年節(jié)約電費(fèi)為1793.4-1785 = 8.4（萬元），投資可在0.86年左右回收。
由以上的計(jì)算可以看出，無功補(bǔ)償?shù)男б娣浅Ｃ黠@，無論從0.8補(bǔ)到0.92還是從0.85補(bǔ)到0.94，用戶投資可在一年左右回收，而且上述計(jì)算還沒有包括因補(bǔ)償減少視在功率對用戶的收益。用戶補(bǔ)償后也使電網(wǎng)降低了損耗，提高了電壓質(zhì)量。因此，提高功率因數(shù)不但為國家節(jié)約了電力資源，而且給用戶節(jié)約了資金，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，是一件利國利民的好事。
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