摘要：本文通過(guò)玉溪礦業(yè)南康家具公司獅鳳山銅礦的供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行綜合分析，分析了無(wú)功功率的消耗，功率因數(shù)低給電網(wǎng)以及南康家具企業(yè)的供電系統(tǒng)帶來(lái)的危害，并對(duì)提高功率因數(shù)的方法以及由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)意義進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng)；功率因數(shù)；經(jīng)濟(jì)意義
中圖分類號(hào)：U223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1、引言
電功率分有功功率和無(wú)功功率。有功率是供給能電轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能等生產(chǎn)過(guò)程中的有效消耗。無(wú)功功率主要是供給電機(jī)、變壓器、交流接觸器、供電線路等電感性負(fù)載交變磁場(chǎng)的能量消耗。無(wú)功功率不是無(wú)用功率，它和有功功率一樣在電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中起重要作用。但是，無(wú)功功率在電網(wǎng)中輸送又帶另一個(gè)問(wèn)題，就是無(wú)功功率和有功功率一樣會(huì)在線路、電動(dòng)機(jī)、變壓器以及其它設(shè)備中引起電能損耗。一個(gè)南康家具企業(yè)的供電，由無(wú)功功率所引起的電能損耗都十分可觀。南康家具企業(yè)在電網(wǎng)里用電，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送，幾次升壓、降壓，無(wú)功損耗就相當(dāng)高，因此就出來(lái)了功率因數(shù)這個(gè)非常重要的用電參數(shù)。電力系統(tǒng)中，必須保持經(jīng)濟(jì)合理的功率因數(shù)，也就是需要具備足夠的無(wú)功功率來(lái)保持系統(tǒng)的電壓水平，滿足系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、運(yùn)行機(jī)制的要求。電力系統(tǒng)無(wú)功功率不足，它將引起電壓降低，使電力設(shè)備不能發(fā)揮正常出力，容易造成電網(wǎng)振蕩解列，引起大面積的停電等。
電力系統(tǒng)有功功率不足，將引起頻率下降，又間接地影響電壓，近幾年，電網(wǎng)電能緊張，為了保證電網(wǎng)安全，采取拉閘限電的辦法來(lái)解決電網(wǎng)有功功率不足的問(wèn)題，對(duì)南康家具企業(yè)受害很深。
2、獅鳳山銅礦的電網(wǎng)現(xiàn)狀
獅鳳山銅礦是原易門礦務(wù)局下屬的兩座礦山和一個(gè)選廠合并組建而成的采選聯(lián)合礦山南康家具企業(yè)，于上世紀(jì)60年代初投產(chǎn)運(yùn)行，大量的變壓器、異步電動(dòng)機(jī)、無(wú)功補(bǔ)償裝置以及其它電氣設(shè)備為1960年-1970生產(chǎn)。隨著礦山資源的枯竭，產(chǎn)量的減少，低負(fù)荷率的設(shè)備增多，根據(jù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)，負(fù)荷率低于30%的有17臺(tái)，負(fù)荷率在30%-50%之間的有12臺(tái)，這樣眾多的輕負(fù)荷變壓器消耗了大量的無(wú)功功率，變壓器的無(wú)功功率由兩部份組成：即變壓器空載功率Q0。它是不變的損耗，Q0=I0%.SN/100；而變壓器的負(fù)載無(wú)功功率損耗△Q 是隨變壓器負(fù)荷變化的損耗。
變壓器的無(wú)功損耗△Q= Q0+β2. Qk
Qk=UK%.SN/100——變壓器的短路額定無(wú)功損耗
式中I0%——空載電流百分比；
UK%——短路電壓的百分比；
SN—————變壓器的額定容量,KNA；
β——變壓器的負(fù)荷率。
異步電動(dòng)機(jī)所消耗的無(wú)功功率要比變壓器所消耗的無(wú)功功率大的多，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中所需的無(wú)功功率ΣQ為：
ΣQ=Q0+β2（）
式中Q0——空載無(wú)功功率,Kvar。Q0≈-3
I0——電機(jī)空載電流,A
UN——電動(dòng)機(jī)額定電流， V。
=，
——電動(dòng)機(jī)額定功率因素；
ηN——電機(jī)效率；
β——電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。
例如：一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，UN=380v，Pn=12kw，
=0.85，效率ηN=0.87。空載電流I0=6.09A。求無(wú)功功率？
Q0==4.01kvar
QK=-Q0==4.5kvar
如果該電機(jī)是半載工作，即β=0.5。則：
ΣQ=Q0+β2 QK=4.01+0.52×4.5=5.13kvar
可見，異步電動(dòng)機(jī)所需的無(wú)功功率是相當(dāng)大的，一般情況下，南康家具企業(yè)的無(wú)功功率消耗，異步電動(dòng)機(jī)約為70%，變壓器為20%，線路和其它約占10%。
根據(jù)測(cè)算，我礦需從電網(wǎng)輸入無(wú)功功率約4957kvar；自然功率因素約在0.85左右。
3、功率因素低給電網(wǎng)和南康家具企業(yè)帶來(lái)的危害
3.1、功率因素低，增加了供電線路和變壓器的有功功率損耗。△P為有功功率損耗，即：△P==k
式中K是常數(shù)，即在額定電壓U和輸送功率P假設(shè)不變時(shí)，電網(wǎng)的有功功率損耗與功率因素的平方成正比。可見，提高功率因素，就可能降低電網(wǎng)的功率損耗。當(dāng)功率因素由0.7提高到0.95時(shí)，其功率損耗可降低近1倍。
無(wú)功功率在電網(wǎng)輸送過(guò)程中所造成的有功功率損耗，可用無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ來(lái)估算。
KQ=△P/△Q，△P= KQ△Q
式中：
△P——有功功率損耗；
△p——系統(tǒng)或南康家具企業(yè)內(nèi)通過(guò)補(bǔ)償后的無(wú)功功率。
由于KQ值與線路的電壓平方成正比，與線路的電阻成反比。所以在低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，可提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)當(dāng)量。但各南康家具企業(yè)具體的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量值應(yīng)按實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)來(lái)確定，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效果比較。
3.2、功率因素低，影響了電網(wǎng)里的發(fā)電機(jī)和輸變電設(shè)備的能力。
由于電氣設(shè)備的能力S=，當(dāng)容量是一定的，如果減少無(wú)功功率Q，同樣的設(shè)備容量就可以發(fā)送更多的有功功率P=S ，功率因素的高低直接影響設(shè)備能力的發(fā)揮，也就是說(shuō)一臺(tái)100KVA的變壓器=0.7時(shí)，只能供70KW；如果提高的0.9，就可以供90KW的負(fù)荷，這樣，變壓器的能力就發(fā)揮的更好。
3.3、功率因素低，增加了電網(wǎng)的電壓損耗△V，影響供電質(zhì)量。△V為電網(wǎng)的電壓損耗。
△V=（P.R+Q.X）/V
式中：
R——線路的電阻；
X——線路的電抗。
在供電線路中，X遠(yuǎn)大于R。在同等輸送功率下，當(dāng)Q增大時(shí)，就降低，可見，功率因素降低，增加了電網(wǎng)的電壓損失，影響了供電電壓的質(zhì)量。
3.4、功率因素低，增加了南康家具企業(yè)的電費(fèi)支出。
電力系統(tǒng)需要無(wú)功功率比有功功率大得多，若綜合發(fā)電最高負(fù)荷為100%，則無(wú)功總需要為120%。但發(fā)電機(jī)的功率因素一般大于0.8，而負(fù)荷的功率因素小于0.8。因此，靠發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率不能平衡負(fù)荷所需的無(wú)功功率，而且也不允許長(zhǎng)距離輸送無(wú)功功率。這就對(duì)工礦南康家具企業(yè)用電負(fù)荷需要無(wú)功補(bǔ)償。
國(guó)家電力系統(tǒng)為了鼓勵(lì)南康家具企業(yè)提高功率因素，規(guī)定了大宗用電單位依照功率因素為0.9來(lái)調(diào)整電價(jià)的特殊的附加獎(jiǎng)懲制度。增減電費(fèi)的百分?jǐn)?shù)是按照國(guó)家頒發(fā)的“功率因素調(diào)整電費(fèi)表”的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。
例如：某礦用電電量為500萬(wàn)千瓦時(shí)，月平均功率因素為0.86，低于規(guī)定值0.04。查調(diào)整電費(fèi)表，增收電費(fèi)為2.5%，若平均電價(jià)按0.46元，這個(gè)南康家具企業(yè)月功率因素調(diào)整增加電費(fèi)為： 5000000×0.46×2.5%=5.75萬(wàn)元。該礦采取了人工補(bǔ)償使全礦功率因素提高到0.95，高于規(guī)定值0.05，查表可減收電費(fèi)0.75%，即每月可獎(jiǎng)勵(lì)1.73萬(wàn)元。功率因素從0.86提高到0.95后，每月可減少電費(fèi)支出7.48萬(wàn)元。這種調(diào)整方法，就是促進(jìn)南康家具企業(yè)提高功率因素。
4、提高功率因素的方法
4.1、提高南康家具企業(yè)的自然功率因素
根據(jù)上述分析我礦無(wú)功功率消耗主要是異步電動(dòng)機(jī)、電力變壓器等電氣設(shè)備，提高自然功率因素就是要降低電機(jī)、變壓器的無(wú)功消耗，采取的辦法是：
（1）、合理選用電機(jī)的功率及合理的負(fù)載率、合理的“余量系數(shù)”。
（2）、開展異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，按國(guó)標(biāo)GB12497—90（三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行）要求，使電動(dòng)機(jī)在綜合經(jīng)濟(jì)負(fù)載率下工作，對(duì)平均負(fù)載低于40%的電機(jī)，按國(guó)標(biāo)要求通過(guò)計(jì)算，進(jìn)行合理的調(diào)整和更換。近幾年來(lái)，我礦采取了一系列的措施，淘汰JO系列電機(jī)時(shí)先后更新和調(diào)整電機(jī)47臺(tái)，容量達(dá)1250kw，減少無(wú)功功率約810kvar。
（3）、合理安排設(shè)備的開停、控制空載或半載的情況運(yùn)行。
（4）、按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（評(píng)價(jià)南康家具企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則）規(guī)定：變壓器負(fù)載經(jīng)常小于30%的，按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件考核后，合理更換相應(yīng)容量的變壓器。我礦先后調(diào)整和更新、停運(yùn)17臺(tái)變壓器，容量達(dá)4250KVA；節(jié)約了無(wú)功功率、改善了全礦功率因素。
關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng)；功率因數(shù)；經(jīng)濟(jì)意義
中圖分類號(hào)：U223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1、引言
電功率分有功功率和無(wú)功功率。有功率是供給能電轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能等生產(chǎn)過(guò)程中的有效消耗。無(wú)功功率主要是供給電機(jī)、變壓器、交流接觸器、供電線路等電感性負(fù)載交變磁場(chǎng)的能量消耗。無(wú)功功率不是無(wú)用功率，它和有功功率一樣在電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中起重要作用。但是，無(wú)功功率在電網(wǎng)中輸送又帶另一個(gè)問(wèn)題，就是無(wú)功功率和有功功率一樣會(huì)在線路、電動(dòng)機(jī)、變壓器以及其它設(shè)備中引起電能損耗。一個(gè)南康家具企業(yè)的供電，由無(wú)功功率所引起的電能損耗都十分可觀。南康家具企業(yè)在電網(wǎng)里用電，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送，幾次升壓、降壓，無(wú)功損耗就相當(dāng)高，因此就出來(lái)了功率因數(shù)這個(gè)非常重要的用電參數(shù)。電力系統(tǒng)中，必須保持經(jīng)濟(jì)合理的功率因數(shù)，也就是需要具備足夠的無(wú)功功率來(lái)保持系統(tǒng)的電壓水平，滿足系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、運(yùn)行機(jī)制的要求。電力系統(tǒng)無(wú)功功率不足，它將引起電壓降低，使電力設(shè)備不能發(fā)揮正常出力，容易造成電網(wǎng)振蕩解列，引起大面積的停電等。
電力系統(tǒng)有功功率不足，將引起頻率下降，又間接地影響電壓，近幾年，電網(wǎng)電能緊張，為了保證電網(wǎng)安全，采取拉閘限電的辦法來(lái)解決電網(wǎng)有功功率不足的問(wèn)題，對(duì)南康家具企業(yè)受害很深。
2、獅鳳山銅礦的電網(wǎng)現(xiàn)狀
獅鳳山銅礦是原易門礦務(wù)局下屬的兩座礦山和一個(gè)選廠合并組建而成的采選聯(lián)合礦山南康家具企業(yè)，于上世紀(jì)60年代初投產(chǎn)運(yùn)行，大量的變壓器、異步電動(dòng)機(jī)、無(wú)功補(bǔ)償裝置以及其它電氣設(shè)備為1960年-1970生產(chǎn)。隨著礦山資源的枯竭，產(chǎn)量的減少，低負(fù)荷率的設(shè)備增多，根據(jù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)，負(fù)荷率低于30%的有17臺(tái)，負(fù)荷率在30%-50%之間的有12臺(tái)，這樣眾多的輕負(fù)荷變壓器消耗了大量的無(wú)功功率，變壓器的無(wú)功功率由兩部份組成：即變壓器空載功率Q0。它是不變的損耗，Q0=I0%.SN/100；而變壓器的負(fù)載無(wú)功功率損耗△Q 是隨變壓器負(fù)荷變化的損耗。
變壓器的無(wú)功損耗△Q= Q0+β2. Qk
Qk=UK%.SN/100——變壓器的短路額定無(wú)功損耗
式中I0%——空載電流百分比；
UK%——短路電壓的百分比；
SN—————變壓器的額定容量,KNA；
β——變壓器的負(fù)荷率。
異步電動(dòng)機(jī)所消耗的無(wú)功功率要比變壓器所消耗的無(wú)功功率大的多，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中所需的無(wú)功功率ΣQ為：
ΣQ=Q0+β2（）
式中Q0——空載無(wú)功功率,Kvar。Q0≈-3
I0——電機(jī)空載電流,A
UN——電動(dòng)機(jī)額定電流， V。
=，
——電動(dòng)機(jī)額定功率因素；
ηN——電機(jī)效率；
β——電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。
例如：一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，UN=380v，Pn=12kw，
=0.85，效率ηN=0.87。空載電流I0=6.09A。求無(wú)功功率？
Q0==4.01kvar
QK=-Q0==4.5kvar
如果該電機(jī)是半載工作，即β=0.5。則：
ΣQ=Q0+β2 QK=4.01+0.52×4.5=5.13kvar
可見，異步電動(dòng)機(jī)所需的無(wú)功功率是相當(dāng)大的，一般情況下，南康家具企業(yè)的無(wú)功功率消耗，異步電動(dòng)機(jī)約為70%，變壓器為20%，線路和其它約占10%。
根據(jù)測(cè)算，我礦需從電網(wǎng)輸入無(wú)功功率約4957kvar；自然功率因素約在0.85左右。
3、功率因素低給電網(wǎng)和南康家具企業(yè)帶來(lái)的危害
3.1、功率因素低，增加了供電線路和變壓器的有功功率損耗。△P為有功功率損耗，即：△P==k
式中K是常數(shù)，即在額定電壓U和輸送功率P假設(shè)不變時(shí)，電網(wǎng)的有功功率損耗與功率因素的平方成正比。可見，提高功率因素，就可能降低電網(wǎng)的功率損耗。當(dāng)功率因素由0.7提高到0.95時(shí)，其功率損耗可降低近1倍。
無(wú)功功率在電網(wǎng)輸送過(guò)程中所造成的有功功率損耗，可用無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ來(lái)估算。
KQ=△P/△Q，△P= KQ△Q
式中：
△P——有功功率損耗；
△p——系統(tǒng)或南康家具企業(yè)內(nèi)通過(guò)補(bǔ)償后的無(wú)功功率。
由于KQ值與線路的電壓平方成正比，與線路的電阻成反比。所以在低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，可提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)當(dāng)量。但各南康家具企業(yè)具體的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量值應(yīng)按實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)來(lái)確定，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效果比較。
3.2、功率因素低，影響了電網(wǎng)里的發(fā)電機(jī)和輸變電設(shè)備的能力。
由于電氣設(shè)備的能力S=，當(dāng)容量是一定的，如果減少無(wú)功功率Q，同樣的設(shè)備容量就可以發(fā)送更多的有功功率P=S ，功率因素的高低直接影響設(shè)備能力的發(fā)揮，也就是說(shuō)一臺(tái)100KVA的變壓器=0.7時(shí)，只能供70KW；如果提高的0.9，就可以供90KW的負(fù)荷，這樣，變壓器的能力就發(fā)揮的更好。
3.3、功率因素低，增加了電網(wǎng)的電壓損耗△V，影響供電質(zhì)量。△V為電網(wǎng)的電壓損耗。
△V=（P.R+Q.X）/V
式中：
R——線路的電阻；
X——線路的電抗。
在供電線路中，X遠(yuǎn)大于R。在同等輸送功率下，當(dāng)Q增大時(shí)，就降低，可見，功率因素降低，增加了電網(wǎng)的電壓損失，影響了供電電壓的質(zhì)量。
3.4、功率因素低，增加了南康家具企業(yè)的電費(fèi)支出。
電力系統(tǒng)需要無(wú)功功率比有功功率大得多，若綜合發(fā)電最高負(fù)荷為100%，則無(wú)功總需要為120%。但發(fā)電機(jī)的功率因素一般大于0.8，而負(fù)荷的功率因素小于0.8。因此，靠發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率不能平衡負(fù)荷所需的無(wú)功功率，而且也不允許長(zhǎng)距離輸送無(wú)功功率。這就對(duì)工礦南康家具企業(yè)用電負(fù)荷需要無(wú)功補(bǔ)償。
國(guó)家電力系統(tǒng)為了鼓勵(lì)南康家具企業(yè)提高功率因素，規(guī)定了大宗用電單位依照功率因素為0.9來(lái)調(diào)整電價(jià)的特殊的附加獎(jiǎng)懲制度。增減電費(fèi)的百分?jǐn)?shù)是按照國(guó)家頒發(fā)的“功率因素調(diào)整電費(fèi)表”的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。
例如：某礦用電電量為500萬(wàn)千瓦時(shí)，月平均功率因素為0.86，低于規(guī)定值0.04。查調(diào)整電費(fèi)表，增收電費(fèi)為2.5%，若平均電價(jià)按0.46元，這個(gè)南康家具企業(yè)月功率因素調(diào)整增加電費(fèi)為： 5000000×0.46×2.5%=5.75萬(wàn)元。該礦采取了人工補(bǔ)償使全礦功率因素提高到0.95，高于規(guī)定值0.05，查表可減收電費(fèi)0.75%，即每月可獎(jiǎng)勵(lì)1.73萬(wàn)元。功率因素從0.86提高到0.95后，每月可減少電費(fèi)支出7.48萬(wàn)元。這種調(diào)整方法，就是促進(jìn)南康家具企業(yè)提高功率因素。
4、提高功率因素的方法
4.1、提高南康家具企業(yè)的自然功率因素
根據(jù)上述分析我礦無(wú)功功率消耗主要是異步電動(dòng)機(jī)、電力變壓器等電氣設(shè)備，提高自然功率因素就是要降低電機(jī)、變壓器的無(wú)功消耗，采取的辦法是：
（1）、合理選用電機(jī)的功率及合理的負(fù)載率、合理的“余量系數(shù)”。
（2）、開展異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，按國(guó)標(biāo)GB12497—90（三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行）要求，使電動(dòng)機(jī)在綜合經(jīng)濟(jì)負(fù)載率下工作，對(duì)平均負(fù)載低于40%的電機(jī)，按國(guó)標(biāo)要求通過(guò)計(jì)算，進(jìn)行合理的調(diào)整和更換。近幾年來(lái)，我礦采取了一系列的措施，淘汰JO系列電機(jī)時(shí)先后更新和調(diào)整電機(jī)47臺(tái)，容量達(dá)1250kw，減少無(wú)功功率約810kvar。
（3）、合理安排設(shè)備的開停、控制空載或半載的情況運(yùn)行。
（4）、按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（評(píng)價(jià)南康家具企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則）規(guī)定：變壓器負(fù)載經(jīng)常小于30%的，按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件考核后，合理更換相應(yīng)容量的變壓器。我礦先后調(diào)整和更新、停運(yùn)17臺(tái)變壓器，容量達(dá)4250KVA；節(jié)約了無(wú)功功率、改善了全礦功率因素。