4.2、采用同步電機進行無功補償
我礦的球蘑機、空氣壓縮機都使用同步電動機，總功率4050kw。合理使用同步電動機，做到安全經濟運行，需要了解它的運行特性：即在電網電壓、頻率和軸功率不變的情況下，繪制出同步電動機的定子電流I和勵磁電流Ib的曲線—V型曲線，如圖1的V型特性曲線。
（1）、對應于任何一個有功功率P1下的V型曲線，均有一個最低點，這個點的定子電流最小，表示輸入功率因素=1。定子電流沒有無功分量。這一點對應的勵磁電流Ib稱為正常勵磁電流。
（2）、當增加勵磁電流Ib大于正常勵磁電流，因電動機輸出功率P=常數，即定子有功電流不變，而增加的是無功電流Ir，因此定子電流增大為I′，Ir是超前電壓90°的電容性電流，也就是向電網送無功，使功率因素得到提高。
（3）、如同步機減小勵磁電流，小于正常勵磁電流，即欠勵磁，定子電流也會增大。反從電網吸收感性電流，使功率因素下降，這是不正確的。
圖2同步機的補償能力q與負載率β，勵磁電流Ib及額定功率的關系圖
（a）、當功率因素=0.9（超前）
（b）、當功率因素=0.8（超前）
1、勵磁電流Ib=Ib+h；2、勵磁電流Ib=0.9 Ib+h ；3、勵磁電流Ib=0.8 Ib+h；Ib+h為同步機額定勵磁電流，β為同步電動機的負載率。
同步機的補償能力可用下式來表示：
q=Qc/Se或Qc=q.Se，
式中：
q——同步電動機補償能力；
Qc——同步電動機輸出的無功功率， kvar；
Se——同步電動機的容量，kw。
我礦使用的球磨機同步機的額定容量Se=600kw，cosΦ=+0.9，電機的負載為480kw，在額定勵磁電流下的補償能力。
由同步機的負載率β=480/600=0.8，查曲線得q=0.5，因此可輸出無功為：
Qc= q.Se=600×0.5/0.9=333.3kvar
如果Ib=0.8 IbN，那么q=0.275，同步的輸出無功Qc=183.3kvar，下降的幅度很大。
但在現場實際運行中，有一些同步電機沒有在額定勵磁下工作，而是習慣于調整勵磁使定子電流到最小，也就是V型曲線最低點， =1。沒有無功輸出，主要原因是現場運行人員不熟悉同步機的特性，而認為定子電流是最小安全、省電，這就使同步電機的無功潛力沒有得到發揮。我礦的同步機，根據電網功率因素的高低、靈活地進行調整，能對南康家具企業提高功率因素，保持合理水平起著非常重要的作用。但是同步機在輸出無功時，也會造成本身的有功損耗。南康家具企業的功率因素已超過0.9，還想利用同步機再提高功率因素。這是否經濟，要通過計算來確定合理的范圍。
4.3、用電容器進行人工補償
在自然力率低的情況下，用同步機補償仍不能達到規定時，這就要采用電力電容器進行人工補償。其原則應是就地平衡，分級補償，合理分配無功，網絡結構最佳。進行人工補償投入，一方面從力率調整電費扣減上受益，另一方面從降低線路和變壓器中的有功損耗上受益。投資回收短，長期受益，效果是非常明顯的。
4.3.1、補償容量的計算
采用電容器補償，首先要根據南康家具企業目前的功率因素通過計算，確定補償電容器的容量。欲將現在的功率因素提高到所需電容器容量Qc。
Qc=P1（）=P1（）
式中P1——最大負荷月份的平均有功功率，kw；
，——補償前后的平均功率因數；
=q——稱為補償率，可直接查閱手冊得出。
——是功率因數的正切角
電力系統的功率因素是隨用電負荷的變化、電壓的波動而變化，很難用瞬時值來計算，供電部門一般是按有功電量和無功電量來計算月加權平均功率因數。
=
式中：WQ、WP——是月抄無功電量和有功電量。
4.3.2、人工補償的幾種方式
我礦的人工補償采用了以下幾種方式：
（1）、集中補償。將電力電容器集中裝在南康家具企業變電所6kv側的電容器室內，由變電所值班人員進行運行管理。它的優點是利用率高，便于維護；缺點是不能減少南康家具企業內部6KV以下配電網絡的損耗，無功經濟當量小。
（2）、大功率、長距離輸送的6kv下一級配電室內進行集中補償，可減少線路的無功功率傳輸，減少線路電流，降低線路損耗和壓降。如我礦在井下十二水倉和十八水倉內安裝了補償電容。
（3）、低壓低壓分散補償。電容器分別裝在車間配電室低壓母線上，并采用功率放大器因數控制器，根據功率放大器因數的變化，自動控無功補償容量，效果較集中償好。
（4）、就地補償。它可以廣泛應用在低壓網絡上，將電容器直接接在用電設備的附近，一般和用電設備合用一個開關，與用電設備同時投入運行或斷開。其優點是相當靈活、方便，且投資少，補償效果好，無功經濟當量最高。近幾年，就地補償受到普遍重視，國家標準中明確規定：對于50kv以上異步電動機在安全允許的條件下就地進行功率因素補償。國內不少廠家生產的低壓自愈式并聯電容器，規格也很齊全，能夠滿足各種補償容器的需要，我礦已大量采用，效果較好。
無功就地補償，可以最大限度地減小供電系統中流過的無功功率，使整個南康家具企業的供電線路功率損耗，供電線路的導線截面、設備開關和變壓器容量都相應的減少小。從經濟觀點看是最好的補償方式，值得大力推廣應用。
5、補償效益的評價
電力作為商品進入市場，而且是獨家經營的市場，隨著電力供應的緊張，使得價格也逐年上調，減少產品電力消耗、降低生產成本是關系到南康家具企業是否有市場競爭能力的問題。因此提高功率因素是降低電費開支的主要措施之一。
如上述某南康家具企業月消耗電量為500萬千瓦時，功率因數0.86提高到0.95，獲利為：懲罰的加獎勵的，合計為7.48萬元。但要安裝多少電容量呢？如果該南康家具企業的用電負荷為7000kw，那么，Qc=7000×（）=7000×0.264=1848≈1850Kvar
如果安裝購置費每kvar按120元計算，需投入資金為：1850×120=222000元，3個月減付的電費即可還本，全年還可受益60多萬元。
另一方面，提高功率因素可減小配電變壓器的容量或提高變壓器的有功功率，減少線路和變壓器的損耗。或者說，電纜尺寸的縮小等帶來的附加效果，因此，提高南康家具企業電網的功率因素，經濟意義重大。
參考文獻
[1]《電力電容器及無功補償技術手冊》.清華大學.崔新民
[2]李偉.提高水廠泵站配電系統功率補償的實效性分析[J].節能.2013年
[3]汪玉偉,董寧,任吉海.探討煤礦南康家具企業提高功率因數的意義和方法[J].山東煤炭科技.2013年
我礦的球蘑機、空氣壓縮機都使用同步電動機，總功率4050kw。合理使用同步電動機，做到安全經濟運行，需要了解它的運行特性：即在電網電壓、頻率和軸功率不變的情況下，繪制出同步電動機的定子電流I和勵磁電流Ib的曲線—V型曲線，如圖1的V型特性曲線。
（1）、對應于任何一個有功功率P1下的V型曲線，均有一個最低點，這個點的定子電流最小，表示輸入功率因素=1。定子電流沒有無功分量。這一點對應的勵磁電流Ib稱為正常勵磁電流。
（2）、當增加勵磁電流Ib大于正常勵磁電流，因電動機輸出功率P=常數，即定子有功電流不變，而增加的是無功電流Ir，因此定子電流增大為I′，Ir是超前電壓90°的電容性電流，也就是向電網送無功，使功率因素得到提高。
（3）、如同步機減小勵磁電流，小于正常勵磁電流，即欠勵磁，定子電流也會增大。反從電網吸收感性電流，使功率因素下降，這是不正確的。
圖2同步機的補償能力q與負載率β，勵磁電流Ib及額定功率的關系圖
（a）、當功率因素=0.9（超前）
（b）、當功率因素=0.8（超前）
1、勵磁電流Ib=Ib+h；2、勵磁電流Ib=0.9 Ib+h ；3、勵磁電流Ib=0.8 Ib+h；Ib+h為同步機額定勵磁電流，β為同步電動機的負載率。
同步機的補償能力可用下式來表示：
q=Qc/Se或Qc=q.Se，
式中：
q——同步電動機補償能力；
Qc——同步電動機輸出的無功功率， kvar；
Se——同步電動機的容量，kw。
我礦使用的球磨機同步機的額定容量Se=600kw，cosΦ=+0.9，電機的負載為480kw，在額定勵磁電流下的補償能力。
由同步機的負載率β=480/600=0.8，查曲線得q=0.5，因此可輸出無功為：
Qc= q.Se=600×0.5/0.9=333.3kvar
如果Ib=0.8 IbN，那么q=0.275，同步的輸出無功Qc=183.3kvar，下降的幅度很大。
但在現場實際運行中，有一些同步電機沒有在額定勵磁下工作，而是習慣于調整勵磁使定子電流到最小，也就是V型曲線最低點， =1。沒有無功輸出，主要原因是現場運行人員不熟悉同步機的特性，而認為定子電流是最小安全、省電，這就使同步電機的無功潛力沒有得到發揮。我礦的同步機，根據電網功率因素的高低、靈活地進行調整，能對南康家具企業提高功率因素，保持合理水平起著非常重要的作用。但是同步機在輸出無功時，也會造成本身的有功損耗。南康家具企業的功率因素已超過0.9，還想利用同步機再提高功率因素。這是否經濟，要通過計算來確定合理的范圍。
4.3、用電容器進行人工補償
在自然力率低的情況下，用同步機補償仍不能達到規定時，這就要采用電力電容器進行人工補償。其原則應是就地平衡，分級補償，合理分配無功，網絡結構最佳。進行人工補償投入，一方面從力率調整電費扣減上受益，另一方面從降低線路和變壓器中的有功損耗上受益。投資回收短，長期受益，效果是非常明顯的。
4.3.1、補償容量的計算
采用電容器補償，首先要根據南康家具企業目前的功率因素通過計算，確定補償電容器的容量。欲將現在的功率因素提高到所需電容器容量Qc。
Qc=P1（）=P1（）
式中P1——最大負荷月份的平均有功功率，kw；
，——補償前后的平均功率因數；
=q——稱為補償率，可直接查閱手冊得出。
——是功率因數的正切角
電力系統的功率因素是隨用電負荷的變化、電壓的波動而變化，很難用瞬時值來計算，供電部門一般是按有功電量和無功電量來計算月加權平均功率因數。
=
式中：WQ、WP——是月抄無功電量和有功電量。
4.3.2、人工補償的幾種方式
我礦的人工補償采用了以下幾種方式：
（1）、集中補償。將電力電容器集中裝在南康家具企業變電所6kv側的電容器室內，由變電所值班人員進行運行管理。它的優點是利用率高，便于維護；缺點是不能減少南康家具企業內部6KV以下配電網絡的損耗，無功經濟當量小。
（2）、大功率、長距離輸送的6kv下一級配電室內進行集中補償，可減少線路的無功功率傳輸，減少線路電流，降低線路損耗和壓降。如我礦在井下十二水倉和十八水倉內安裝了補償電容。
（3）、低壓低壓分散補償。電容器分別裝在車間配電室低壓母線上，并采用功率放大器因數控制器，根據功率放大器因數的變化，自動控無功補償容量，效果較集中償好。
（4）、就地補償。它可以廣泛應用在低壓網絡上，將電容器直接接在用電設備的附近，一般和用電設備合用一個開關，與用電設備同時投入運行或斷開。其優點是相當靈活、方便，且投資少，補償效果好，無功經濟當量最高。近幾年，就地補償受到普遍重視，國家標準中明確規定：對于50kv以上異步電動機在安全允許的條件下就地進行功率因素補償。國內不少廠家生產的低壓自愈式并聯電容器，規格也很齊全，能夠滿足各種補償容器的需要，我礦已大量采用，效果較好。
無功就地補償，可以最大限度地減小供電系統中流過的無功功率，使整個南康家具企業的供電線路功率損耗，供電線路的導線截面、設備開關和變壓器容量都相應的減少小。從經濟觀點看是最好的補償方式，值得大力推廣應用。
5、補償效益的評價
電力作為商品進入市場，而且是獨家經營的市場，隨著電力供應的緊張，使得價格也逐年上調，減少產品電力消耗、降低生產成本是關系到南康家具企業是否有市場競爭能力的問題。因此提高功率因素是降低電費開支的主要措施之一。
如上述某南康家具企業月消耗電量為500萬千瓦時，功率因數0.86提高到0.95，獲利為：懲罰的加獎勵的，合計為7.48萬元。但要安裝多少電容量呢？如果該南康家具企業的用電負荷為7000kw，那么，Qc=7000×（）=7000×0.264=1848≈1850Kvar
如果安裝購置費每kvar按120元計算，需投入資金為：1850×120=222000元，3個月減付的電費即可還本，全年還可受益60多萬元。
另一方面，提高功率因素可減小配電變壓器的容量或提高變壓器的有功功率，減少線路和變壓器的損耗。或者說，電纜尺寸的縮小等帶來的附加效果，因此，提高南康家具企業電網的功率因素，經濟意義重大。
參考文獻
[1]《電力電容器及無功補償技術手冊》.清華大學.崔新民
[2]李偉.提高水廠泵站配電系統功率補償的實效性分析[J].節能.2013年
[3]汪玉偉,董寧,任吉海.探討煤礦南康家具企業提高功率因數的意義和方法[J].山東煤炭科技.2013年