一、概論
在交流電路中，由電源供給負(fù)載功率有兩種：一種是有功功率，一種是無(wú)功功率。無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來(lái)發(fā)光外，還需80乏左右的供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對(duì)外做功，才被稱之為“無(wú)功”。它的符號(hào)用Q表示，單位為乏(Var)或千乏(kVar)。
由于歷史的原因，我國(guó)供熱行業(yè)用電向來(lái)只重視有功負(fù)荷、有功電量，忽視無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功電量，認(rèn)為能源換來(lái)有功電量，而無(wú)功不是能源，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償對(duì)供熱站本身沒有任何好處等。供熱鍋爐房主要用電設(shè)備是電動(dòng)機(jī)，消耗的多，且長(zhǎng)期沒有補(bǔ)償設(shè)施，造成供熱站鍋爐房長(zhǎng)期以來(lái)功率因數(shù)偏低，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，除改善設(shè)備本身的自然功率因數(shù)外，供熱站應(yīng)采用人工補(bǔ)償措施，以提高功率因數(shù)，降低電能消耗，減少運(yùn)行成本，充分發(fā)揮供配電設(shè)備的潛力，提高供電效率，節(jié)約用電量。
二、補(bǔ)償原理
當(dāng)電網(wǎng)電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時(shí)，電阻性電氣設(shè)備如白熾燈、電熱器等從電網(wǎng)上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。
電感性電氣設(shè)備如電動(dòng)機(jī)和
變壓器等由于在運(yùn)行時(shí)需要建立磁場(chǎng)，此時(shí)所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率，故被稱為Q。此時(shí)電流滯后電壓一個(gè)角度a。在選擇變配電設(shè)備時(shí)所根據(jù)的是視在功率S，即有功功率和的幾何和：
S=(P2 + Q2)1/2
Q=(S2 - P2)1/2
有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù)：cosa=P/S
Q決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)用功率建立的。
變壓器也同樣需要，才能使
變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無(wú)功功率電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，
變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合?！ ≡谡Ｇ闆r下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，那么，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
從發(fā)電機(jī)和高壓電線供給的無(wú)功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些
無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充，以保證用戶對(duì)無(wú)功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)
無(wú)功補(bǔ)償裝置的原因。
三、補(bǔ)償?shù)男б娣治?br />
(一)減少線路功率損失，節(jié)約用電
在電網(wǎng)中進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償可以降低供配電線路和
變壓器中的功率消耗。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，線損的計(jì)算式為：△P=I2R×10-3=[P/(Uecosφ)]2×R×10-3
其中，I為線路或
變壓器通過(guò)的電流;R為線路或
變壓器中每相的電阻;Ue為線路的額定電壓;P為線路或
變壓器輸送的有功功率;cosφ為負(fù)荷的功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2后，若忽略因提高功率因數(shù)而減少電壓損失時(shí)對(duì)負(fù)荷電壓的影響，則線路或
變壓器中有功功率的減少值百分?jǐn)?shù)為：
△P%=(△P1-△P2)/△P1×100%=[1-(cosφ1/cosφ2)2]×100%
例如：當(dāng)功率因數(shù)由cosφ1=0.8提高到cosφ2=0.95時(shí)可降低功率損耗29%;若功率因數(shù)由cosφ1=0.95降低到cosφ2=0.8時(shí)，線損將增加41%。以上分析可以看出，在輸送同樣的功率時(shí)，由于功率因數(shù)不同，在電網(wǎng)中造成的有功損耗相差較大。補(bǔ)償節(jié)電效果明顯。
(二)提高供配電設(shè)備的負(fù)荷能力，降低投資成本
1.在同樣視在功率的條件下，增加功率因數(shù)，可以提高有功功率。設(shè)線路或
變壓器輸送的視在功率為S，安裝了補(bǔ)償容量QC后，提高了功率因數(shù)。在視在功率不變條件下，使輸送有功功率的能力增加了△P。
△P=P2-P1=S(cosφ2-cosφ1)
其中，P1為補(bǔ)償前的最大有功功率;P2為補(bǔ)償后的最大有功功率;cosφ1為補(bǔ)償前的最大功率因數(shù);cosφ2為補(bǔ)償后的最大功率因數(shù)。
增加△P所需的無(wú)功功率即容量為：
QC=Q1-Q2=S(cosφ1tanφ1-cosφ2tanφ2)
例如：當(dāng)cosφ1=0.8時(shí)，1000kVA的
變壓器在滿負(fù)荷情況下能供給800kVA的負(fù)荷;若將cosφ2提高到0.95，則在滿負(fù)荷情況下可供950kVA的負(fù)荷，即可增加△P=1000×(0.95-0.8)=150kVA，提高了19%的有功輸送能力。
2.在同樣有功負(fù)荷條件下，增加電容補(bǔ)償，可以減少視在功率。在有功功率P不變的條件下，當(dāng)補(bǔ)償QC后，可以減少視在功率。無(wú)功補(bǔ)償后，
變壓器可以減少的視在功率為：△S=S1-S2=P(1/cosφ1-1/cosφ2)
其中，S1為補(bǔ)償前的最大視在功率;S2為補(bǔ)償后的最大視在功率;P為
變壓器的有功功率;cosφ1為補(bǔ)償前的最大功率因數(shù);cosφ2為補(bǔ)償后的最大功率因數(shù)。
例如：某供熱鍋爐房用電負(fù)荷為450kW，功率因數(shù)為0.8，欲將功率因數(shù)提高到0.95后，則
變壓器容量減少89kVA。
變壓器選定額定容量可由 630kVA減少到500kVA，容量降低一級(jí)。另外，當(dāng)輸送功率一定時(shí)，由于負(fù)荷功率因數(shù)的提高，總的電流將相應(yīng)降低，配電設(shè)備和導(dǎo)線截面也均可相應(yīng)選擇小一些，降低了投資成本，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)。
(三)減少電壓損失，改善運(yùn)行條件
安裝
無(wú)功補(bǔ)償裝置可以降低線路及
變壓器中的電壓損耗。在
變壓器低壓側(cè)裝設(shè)了補(bǔ)償容量Qc后，其電壓損失減少(即電壓升)為：
△Ub=△U1-△U2=QcX/(10Ue2 )≈Qc/Se×Ud
在線路末端裝設(shè)補(bǔ)償容量Qc后，線路電壓損失減少(末端電壓升)值可近似按下式計(jì)算：
△U2%=Qc/(1000Ue2)×XL×100%
其中，Qc為補(bǔ)償電容器的投運(yùn)容量;Sc為
變壓器的額定容量;Ud為
變壓器的阻抗電壓;XL為線路的電抗。對(duì)1000kVA以下的配電
變壓器及1000V以下的低壓配電線路，采用電容補(bǔ)償后，對(duì)提高電壓質(zhì)量比較顯著。
四、結(jié)論
從上述可以看出，在供熱鍋爐房中加裝電容器進(jìn)行補(bǔ)償，不但可以提高功率因數(shù)，節(jié)約有功電量，降低線路損耗和
變壓器損耗，減少運(yùn)行成本，還可以提高鍋爐房供配電設(shè)備的負(fù)荷能力，降低新建鍋爐房投資成本，減少電壓損失，改善運(yùn)行條件，使供熱站循環(huán)泵及鼓引風(fēng)電機(jī)更容易啟動(dòng)。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的供需矛盾也日益突出，人們的
節(jié)能意識(shí)也不斷提高。供熱行業(yè)也應(yīng)該積極進(jìn)行技術(shù)改造，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源，更好地為人民服務(wù)。
