1、 引言
化工企业主要用电设备为空压机、各类风机、泵类等感 性负载，这些感性设备在生产运行中要吸收大量的无功功 率。而无功功率的增加会造成企业供配电系统功率因数降 低，从而出现企业供配电系统电压下降、电机等设备效率降 低、线路损耗增加以及供配电系统供电能力下降等情况。因 而进行无功功率补偿，提高供配电系统功率因数对化工企业 节能降耗有着极其重要的意义。
2、企业供配电系统简介
某化工企业是一家以天然气为原料，设计年产30万吨合 成氨，52万吨大颗粒尿素的大型氮肥企业。该企业采用110kV 供电，电源取自当地供电公司的变电站，经两台25000kVA主 变压器降至6kV后供给企业和公用工程用电，年用电量在 9500万kwh左右。
在对企业供配电系统进行监测时发现，企业在110kV进 线处功率因数为0.9以上，满足当地供电局对该企业功率因数 的要求；但在部分6kV用户侧（如循环水变配电所等）功率因 数仅为0.7左右，有的甚至低于0.6，使得企业供配电系统长期 运行在低效率、高损耗的状态。企业主要配电室功率因数监 测数据参见表1。
表 1 企业主要配电室功率因数监测数据
序号 | 位置 | 功率因数 | 备注 |
1 | 1# 变压器 | 0.93 | 110kV 侧测量 |
2 | 2# 变压器 | 0.96 | 110kV 侧测量 |
3 | 1# 循环水变压器 | 0.72 | 6kV 侧测量 |
4 | 2# 循环水变压器 | 0.77 | 6kV 侧测量 |
5 | 1# 空分变压器 | 0.84 | 6kV 侧测量 |
6 | 2# 空分变压器 | 0.87 | 6kV 侧测量 |
7 | 1# 合成变压器 | 0.78 | 6kV 侧测量 |
8 | 2# 合成变压器 | 0.83 | 6kV 侧测量 |
9 | 1# 包装变压器 | 0.81 | 6kV 侧测量 |
10 | 2# 包装变压器 | 0.82 | 6kV 侧测量 |
在对企业供配电系统进行现场监测时发现部分装置无 功补偿装置运行不正常：如合成装置是全套引进国外设备， 无功补偿电容分散集成在各配电柜内。但由于目前装置已运 行15年，大大超出补偿电容的正常寿命，而目前国内外均没 有合适的配件进行更换，造成装置运行时没有无功功率补 偿，致使电力系统运行条件恶化。同时发现循环水泵与配电 变压器距离较远，因功率因数偏低致使电力电缆线损过大。
3、功率因数偏低的危害
企业供配电系统自然功率因数偏低，将造成以下不良影响：
3.1 增加电网电力损耗
功率因数的降低，增加了企业供配电系统中变压器和线 路的损耗。假设企业供配电系统中传输的有功功率为P，则原 线路与功率因数提高后的线路损耗差值如式（1）
ΔP=ΔP1-ΔP2=3R（11 -12 ）
（1）式中：
ΔP———原线路与功率因数提高后线路损耗的差值，kW； ΔP1—原线路损耗，kW； ΔP2—功率因数提高后的线路损耗，kW； R—线路电阻，Ω；I1—原线路电流，A； I2—功率因数提高后的线路电流，A。
比原线路损耗减少的百分比计算如式（2）。
θ=（ΔP/ΔP1）×100%=1-（I2/I1）2×100%=[1-（U1cosφ1/U2coscosφ2）2]×100%
（2） 式中： θ———功率因数提高后线路损耗比原线路损耗减少的百分比，%；U1—原线路电压，V； cosφ1———原线路功率因数； U2—功率因数提高后的线路电压，V； cosφ2———功率因数提高后的线路功率因数。
在实际情况下，功率因数补偿后，线路的电压U2＞U1。但 在此为了方便分析，可以认为，则上式可简化为式（3）。
θ=[1-（cosφ1/cosφ2）2]×100%
（3） 现以一条线路从不同功率因数提高到0.9时为例，其线路损耗降低率见表2。
表 2 不同功率因数下的线损率
原功率因数 | 0.60 | 0.65 | 0.70 | 0.75 | 0.80 | 0.85 |
提高后的功率因数 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 |
线损降低率 | 55.56% | 47.84% | 39.51% | 30.56% | 20.99% | 10.80% |
由于变压器的铜耗与所输送电流平方成正比，由上面分 析可知当变压器的功率因数从0.8提高到0.9时，其铜耗仅相 当于原来的79%，降低了变压器的损耗。
3.2 降低了供配电设备的供电能力
以一台1600kVA变压器为例，功率因数从0.6、0.7、0.8不 同时期其所带负荷见表3。
表3 不同功率因数下的变压器供电能力
功率因数 | 0.50 | 0.60 | 0.70 | 0.80 | 0.90 | 1.00 |
有功功率 | 800 | 960 | 1120 | 1280 | 1440 | 1600 |
无功功率 | 1385.64 | 1280 | 1142.63 | 960 | 697.42 | 0 |
由上表可以看出，在功率因数不同的情况下，电网实际 带负荷的能力下降。
3.3 增加了线路压降
功率因数偏低，造成线路损耗增加，线路电压降也增加， 使得末端用电设备运行条件恶化，造成某些对供电电压比较 敏感的设备运行不正常，产生危害。
4、解决方案
利用无功补偿装置提高系统的无功容量，根据系统需要的无功功率灵活投入，这样就可以提高系统的功率因数。通 常采用的补偿方式分为集中补偿、分散补偿和就地补偿三种 方式。其主要优缺点见表4。
表 4 无功补偿方式对比
补偿 方式 | 补偿方法 | 优点 | 缺点 |
集中 补偿 | 在高压配电所内 配电母线上设置 若 干 组 电 容 器 ， 补偿该配电所供 电范围内的无功 功率 |
能补偿高压母线之 前线路上的无功功 率，达到供电部门所 要求的功率因数 | 对配电母线以下的 企业内部的变压器 和线路的无功功率 不能起到补偿作用 仍有大量的无功功 率在企业内部线路 上流动并产生损耗 |
将电容器组分别 | 可以补偿车间配电 | ||
分散 补偿 | 安装在各个车间 配电所的低压母 | 变压器以及变电所 至车间的线路，补偿 | 无明显缺点 |
线上 | 范围较大 | ||
就地 补偿 |
把电容器直接接 在用电设备旁或 进线端子上 | 可以对重点设备进 行直接补偿，******限 度的降低对电力系 统的无功需求，补偿 范围大，效果好 | 补偿装置投资较大 且补偿装置与设备 并联运行，当设备停 止使用时也将被一 并切除，所以利用率 不高 |
5、无功补偿节能潜力计算
综合以上三种补偿装置的优缺点，同时针对某企业现场 核实的情况，建议企业在空分、合成、包装三个配电室设置分 散补偿装置；而在循环水配电室设置就地补偿装置。
通过对企业供配电系统安装无功补偿装置，向电网提供 可调节的容性负荷，补偿多余的感性负荷，使企业内部功率 因数提高到0.9以上。以线损为例，年用电量为9500万kwh，按 照企业线损率为5%，功率因数由0.8提高到0.9，每年可减少线 损99.75万kwh，按照0.67元/kwh计算，年可节约66.83万元。
6、结论
从以上对企业功率因数的分析可以看出，提高功率因数 对于企业开展节能减排、低碳环保工作有着极其重要的作 用。在国家“十二五”节能减排规划的大背景下，企业的节能 减排工作就需要从小事做起，通过技术手段降低企业用能消 耗，为社会的节能减排工作做出自己的贡献