淺談安科瑞無功補(bǔ)償在提高制藥企業(yè)電力系統(tǒng)功率因數(shù)的方法

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：結(jié)合制藥企業(yè)用電負(fù)荷現(xiàn)狀以及功率因數(shù)的基本概念，探討了提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)對制藥企業(yè)的實(shí)際意義，重點(diǎn)介紹了制藥企業(yè)提高功率因數(shù)的常用方法及管理辦法。

關(guān)鍵詞：制藥企業(yè)；電力系統(tǒng)；功率因數(shù)；意義；方法

1 制藥企業(yè)用電負(fù)荷現(xiàn)狀

生產(chǎn)型制藥企業(yè)的常見用電負(fù)荷包括生產(chǎn)與非生產(chǎn)兩大類。其中，非生產(chǎn)類用電負(fù)荷主要是指辦公區(qū)、生活區(qū)的用電負(fù)荷，此類用電負(fù)荷的功率因數(shù)相對穩(wěn)定；而生產(chǎn)類用電負(fù)荷情況復(fù)雜，包括水制備類設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、發(fā)酵類設(shè)備、灌裝類設(shè)備等的用電負(fù)荷以及照明類用電負(fù)荷。由于上述生產(chǎn)類設(shè)備的額定功率差別很大，使用頻率、使用周期也千差萬別，加上企業(yè)淡旺季用電量差距巨大等情況，導(dǎo)致很多時(shí)候企業(yè)用電系統(tǒng)總的功率因數(shù)很低，電能利用程度低，嚴(yán)重影響用電質(zhì)量，電力部門往往每月會對功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)的企業(yè)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)處罰。

2 功率因數(shù)的基本概念

功率因數(shù)分為視在功率、有功功率和無功功率，企業(yè)功率因數(shù)通常也被稱為力率，用符號cosφ表示。在交流電路中，電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦叫做功率因數(shù)，功率因數(shù)是有功功率P和視在功率S的比值，即cosφ=P/S，公式中的角度φ稱為功率因數(shù)角。提高功率因數(shù)其實(shí)就是減少線路中的無用功，提高有用功的占比，使電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量更高，企業(yè)用電更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)約。

3 提高功率因數(shù)對制藥企業(yè)的實(shí)際意義

在制藥企業(yè)的車間、庫房、辦公區(qū)乃至生活區(qū)中，大部分的負(fù)載都是感性負(fù)載，例如分裝機(jī)、灌裝機(jī)、軋蓋機(jī)、全自動包裝一體機(jī)、凍干機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、水制備系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)、水泵等負(fù)載，可以說為滿足現(xiàn)代化制藥企業(yè)的生產(chǎn)、檢驗(yàn)、研發(fā)、輔助設(shè)施設(shè)備等的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無處不用電機(jī)，無處沒有感性負(fù)載。圖1是感性負(fù)載并聯(lián)電容器的等效電路圖。為了提高設(shè)備的功率因數(shù)，通常*經(jīng)濟(jì)實(shí)用的無功補(bǔ)償措施就是在原有的電路中并聯(lián)電容器。

圖1感性負(fù)載并聯(lián)電容器的等效電路圖

一般制藥企業(yè)都建有變電所，獨(dú)立生產(chǎn)廠房都配有配電室，整個(gè)工廠雖然由電力系統(tǒng)提供相對穩(wěn)定的電壓高壓，然而低壓是隨著工廠的負(fù)荷變化以及不同線路用電負(fù)荷的實(shí)時(shí)變化而變化的。當(dāng)一個(gè)回路中的用電負(fù)荷需要一定數(shù)量的有功功率滿足生產(chǎn)時(shí)，線路也會同時(shí)輸送一定數(shù)量的無功功率，而無功功率占比越多，線路的電壓損失就越大，即輸送至負(fù)荷端的電壓就越低，反之，提高功率因數(shù)對制藥企業(yè)來說具有重要的意義，體現(xiàn)在以下方面：

3.1改善電能質(zhì)量

提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)，可以減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，使設(shè)備電壓更穩(wěn)定。否則，電壓不穩(wěn)或過低，會影響部分設(shè)備所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的精度，嚴(yán)重時(shí)還會造成設(shè)備不能正常啟動或是設(shè)備電動機(jī)持續(xù)過熱，縮短設(shè)備的使用壽命，乃至燒毀設(shè)備。

3.2減少企業(yè)電力設(shè)備投資

通過改善企業(yè)用電系統(tǒng)的功率因數(shù)，可以減少整個(gè)企業(yè)變電設(shè)計(jì)的總?cè)萘?，選擇更低容量的變壓器，直接節(jié)省變壓器投資，相應(yīng)地也會降低配套電器設(shè)備、輸送導(dǎo)線等的容量。因此，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，不但直接減少了設(shè)備投資費(fèi)用，而且降低了設(shè)備本身的電能損耗、維修保養(yǎng)等費(fèi)用。

3.3節(jié)約企業(yè)電費(fèi)

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定，為了提高供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，鼓勵企業(yè)用戶投資相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施，提高功率因數(shù)，以功率因數(shù)0.9為標(biāo)準(zhǔn)基數(shù)，企業(yè)用電的功率因數(shù)在0.9～0.95，不獎不罰。當(dāng)用戶的功率因數(shù)高于0.95時(shí)，可以按比例降低電費(fèi)；當(dāng)用戶的功率因數(shù)低于0.9時(shí)，則要按不同檔次、不同比例增收當(dāng)月電費(fèi)。在實(shí)際使用中，制藥企業(yè)停產(chǎn)維修的淡季月份往往罰款電費(fèi)達(dá)數(shù)萬元。因此，對于用戶來說，提高功率因數(shù)是一次投資、長期受益的事情，不但可以減少每月數(shù)萬的罰款，當(dāng)功率因數(shù)提高到0.95以上時(shí)，還會減少電費(fèi)開支，節(jié)約生產(chǎn)成本。

3.4提高設(shè)備、電能利用率

通過改善企業(yè)功率因數(shù)，可以有效地降低制藥企業(yè)的電能損失，提高制藥企業(yè)設(shè)備的利用率，節(jié)約用于配套設(shè)備、電力線路方面的投資，增加經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，也可以提高電能利用率，節(jié)能環(huán)保。

4 提高功率因數(shù)的常用方法

首先，制藥企業(yè)的管理層要充分認(rèn)識到，提高功率因數(shù)有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；再次，要普及專業(yè)知識，讓更多人員在選擇設(shè)備、運(yùn)行設(shè)備、維護(hù)設(shè)備時(shí)，更清楚如何提高功率因數(shù)。下面介紹兩大類常見的提高功率因數(shù)的方法。

4.1提高設(shè)備的自然功率因數(shù)

提高設(shè)備的自然功率因數(shù)是通過采用各種技術(shù)和措施，改進(jìn)用電設(shè)備本身的運(yùn)行情況，以此提高負(fù)荷功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)的方法有：

4.1.1提高變壓器的負(fù)載率

在變電所變壓器的選型上，要依據(jù)企業(yè)總的計(jì)算負(fù)荷，合理選擇變壓器的容量。一般企業(yè)都會選擇兩臺變壓器，一臺主變，一臺輔變，實(shí)際運(yùn)行中變壓器的負(fù)載率在80%較為合適。當(dāng)企業(yè)供電需求量不變時(shí)，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，可以減少變壓器的設(shè)計(jì)總?cè)萘?，這是因?yàn)樵谧儔浩鬏敵鲆欢康挠泄β蕰r(shí)，它的有功功率與變壓器的功率因數(shù)成正比，所以提高功率因數(shù)，就能減少變壓器的需用容量。然而，變壓器的負(fù)載率越低，其功率因數(shù)就越低，當(dāng)?shù)椭磷儔浩鞔龣C(jī)時(shí)，除滿足自身運(yùn)行外幾乎沒有做有用功，其功率因數(shù)近乎于零。所以，企業(yè)要適時(shí)調(diào)整變壓器的運(yùn)行方式，避免變壓器空載運(yùn)行或者長期低載運(yùn)行。

4.1.2電動機(jī)的合理選擇和使用

制藥企業(yè)的絕大部分動力負(fù)荷都是伺服電機(jī)、異步電機(jī)，在電機(jī)空載或低負(fù)載運(yùn)行時(shí)就會產(chǎn)生大量的無功功率。所以，要改善電機(jī)的功率因數(shù)，就要防止電動機(jī)的低載和空載運(yùn)行，并盡可能提高電機(jī)的負(fù)載率。因此，生產(chǎn)中要杜絕設(shè)備的空載運(yùn)行，減少90%以下負(fù)載運(yùn)行的概率，使其盡可能在滿載的情況下運(yùn)行，提高設(shè)備的功率因數(shù)。

4.1.3做好電動機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)

異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，其兩者之間的氣隙越大，異步電動機(jī)需要消耗越多的無功功率，使電動機(jī)的功率因數(shù)降低。因此，要加強(qiáng)電動機(jī)的日常維護(hù)與保養(yǎng)，保證電動機(jī)的良好運(yùn)行。

4.2人工補(bǔ)償法

人工補(bǔ)償又稱為無功補(bǔ)償，主流的做法就是采用集成的電容器補(bǔ)償無功功率，即在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器。其原理是將無功補(bǔ)償設(shè)備安裝在負(fù)載附近，近地補(bǔ)償設(shè)備的無功功率，從而有效地提高設(shè)備的功率因數(shù)。并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方法又可分為：

4.2.1高壓集中補(bǔ)償

把電容器組集中安裝在企業(yè)變電所6kV/10kV的母線上，它只能補(bǔ)償6kV/10kV母線的電源側(cè)無功功率。其優(yōu)點(diǎn)是便于集中管理，缺點(diǎn)是其補(bǔ)償范圍較小，負(fù)荷側(cè)的配電線路得不到無功補(bǔ)償。

4.2.2低壓分組補(bǔ)償

將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路出線上，可隨工廠局部回路負(fù)荷的變動同時(shí)投入運(yùn)行或斷開，也就是在實(shí)際中將電容器組分別安裝在各車間配電柜的母線上，制藥企業(yè)變電所多采用此種補(bǔ)償方法。其優(yōu)點(diǎn)是電容器的利用率較高，且補(bǔ)償效果也較為理想。

4.2.3低壓單獨(dú)補(bǔ)償

在用電設(shè)備附近按其本身無功功率的需要量安裝電容器組，與用電設(shè)備同時(shí)投入運(yùn)行和斷開，也就是在實(shí)際中將電容器組直接接在用電設(shè)備附近，適合用于低壓網(wǎng)絡(luò)中個(gè)別容量大的設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償?shù)男Ч?，缺點(diǎn)是電容器組的利用率低。制藥企業(yè)運(yùn)行維護(hù)無功補(bǔ)償設(shè)備的方法制定無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)的規(guī)章制度是

高企業(yè)設(shè)備管理水平與設(shè)備質(zhì)量的重要手段。為了保證制藥企業(yè)中無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)達(dá)到預(yù)期的效果，應(yīng)當(dāng)積極地制定和創(chuàng)新一些有效的規(guī)章制度、考核辦法，提高設(shè)備操作人員的工作效率和設(shè)備維護(hù)效果。以下幾點(diǎn)是我司在運(yùn)行維護(hù)無功補(bǔ)償設(shè)備方面的一些經(jīng)驗(yàn)：

1. 在企業(yè)變電所的運(yùn)行管理過程中，完善無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理制度，編制操作規(guī)程、應(yīng)急處理措施，加強(qiáng)對員工的培訓(xùn)與考核。

2. 對變電所的值班工作人員提出專項(xiàng)要求，工作人員應(yīng)及時(shí)記錄無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行情況，并且做好定期檢查和特殊檢查工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整、處理，杜絕任何安全隱患的出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)故障，及時(shí)處置，記錄好該故障出現(xiàn)的原因、狀況以及*終的解決方案。

3. 完善相關(guān)考核制度，定期舉辦培訓(xùn)、考核，堅(jiān)決把工作落到實(shí)處。

5 安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

5.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找*佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

5.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

5.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案

6 結(jié)語

本文從理論上分析了提高功率因數(shù)對改善制藥企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的意義，著重介紹了提高功率因數(shù)的幾種方法。在實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身情況進(jìn)行分析，從設(shè)備、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)投入等方面綜合考慮無功補(bǔ)償方式，從而達(dá)到*佳的補(bǔ)償效果。

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版

作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。