建筑施工临时用电无功功率补偿探讨

建筑施工临时用电无功功率补偿探讨

姚中奋

广西建工集团控股有限公司 530000 广西南宁

摘要：本文结合建筑工程施工现场用电特点，阐述了无功功率补偿的必要性，结合实际用电设备及临电线路，探讨了现场临时用电无功功率补偿方案，对提升工程现场施工用电效率和节约能源展开探析。

关键词：无功功率；集中补偿；就地补偿

引言：人们日常中应用的220V或380V用电属于三相交流电，由电源供给负载的电功率包含两部分，有功功率、无功功率。人们将对外做功的电称为有功功率，具体来说，就是可以将电能转化为热能、光能和机械能等电功率，例如，电能经电阻性负载，把电能转换为热能。但是，当交流电通过电感类，或电容类负载时，并在电气设备中产生和保持磁场，消耗的功率称为无功功率。无功功率不能做功，但参与了与电和磁场的能量交换，致使人们日常生活中，供电效率降低。人们日常使用的用电设备大多为混合型负载，兼备电容阻性负载和电感性负载，电流在通过这些用电设备时，会产生无功功率，导致功率因数低于1。

通常，用电单位平均功率因数需超过0.9，以此实现电能的合理使用、经济发电、高效传输和分配。如若企业总平均功率因数较低，仅靠变压器补偿柜中进行集中补偿不满足要求时，需利用无功功率补偿设备，就地补偿，进而提升用电功率因数。建筑工程施工用电设备中，大部分设备具备电感负载性，例如，变压器、电焊机和交流电动机等等。其在应用中必然会消耗电能建立、维持磁场，在电力系统中吸收无功功率。项目部门主要运用电动机类电感性负载用电设备，大概占整个现场施工用电量的75%-80%以上，如，水泵和塔吊等使用三相电动机工作的设备。另外，也包含变压器、交流接触器、日光灯和电感式镇流器等，都属于电感性负荷，用电期间，会产生较大的无功功率。由于无功率补偿可节约占用变压器的容量，减小线路输电电流，为提升输电线路利用率，减少能耗，需做好无功补偿工作。无功就地补偿平衡是供用电双方互利互赢的措施，其会减少输变电过程中无功功率造成的大量线路损耗及电压损失。为此，有必要探究建筑工地施工用电无功功率补偿的必要性及可行性方案。现阶段，供电部门并未对临时用电用户改那个率因数提出具体的指标要求，我国建筑施工用电管理依然采用粗放阶段管理模式，停滞在无功功率补偿由供电部门考虑的层面上，但大型临时用电的负荷相对较大，通常超出导线的经济电流密度，使线损率剧增，现场使用大量供电设备和感性负载产生的无功功率往往容易被忽略，加之工地距离变电所较远，需要架设很长的临时高压线路向施工外延伸，这又进一步增加了线路电压损失，甚至有可能使工地电动设备得不到正常的电压，而建筑施工现场临时用电线路使用时间基本贯穿于工点施工的全过程，施工现场大量用电设备及其他感性负载产生无功损耗，极大的增加了临时用电设备的能耗和使用成本。

1项目简述

该工程施工整个周期为适用性分析，项目总用地面积为156.5亩，工程总建筑面积约22700.00平方米，施工过程中主要用电设备有塔吊和钢筋加工机具等，下表为本项目用电设备统计表：

用电设备一览表

据上表可知，项目部用电设备较多，其中中感性负载较多，在使用中，如塔吊频繁启停，电焊机和各类小型机具的应用，在短期内变化幅度较大，导致用电系统稳定性较差，且长时间持续变化。现结合现场具体用电情况进行分析，进行临时用电无功功率补偿实验，分别对塔吊、钢筋加工机具和电动机等大型感性负载实施无功功率补偿，制定施工现场补偿可行方案。

传统方法是在开展施工现场临时用电设计时，没有考虑无功功率在供电系统中的影响，同时也未对其进行补偿，供电部门按申请的变压器，在输入端安装功率补偿电容柜，这种做法叫做集中补偿。虽然数据方面满足了国家电力部门的要求，但在我们使用的电网系统内部，仍存在大量的无功损耗，能源得不到高效合理利用、节约的目的。

2施工现场无功功率补偿的意义

结合项目部梁场施工现场分析，用电设备和功率因数分为三类，塔吊等施工设备，功率因数0.75；切断机、弯曲机和电焊机等钢筋加工机械，功率因数0.8；照明灯和日光灯等照明设备，功率因数0.6。这三类用电设备功率因素都不高，是建筑施工现场保障生产的必须电机具，布局相对分散在整个施工现场的较大范围内。现以QTZ80塔吊为例，计算塔吊无功功率。经查明，一般塔吊暂载率 JC=40%，根据我施工现场塔吊使用的实际情况将塔吊统一换算到暂载率 JC=25% 时的额定功率 ：

取 Kx=0.6 ；cosφ=0.75 ；tgφ0.88

总功率 PI=101.19*3=303.57KW

有功功率 PjI=0.6*303.57=182.14KW

无功功率 QjI=PjI*tgφ=182.142*0.88=160.28KW

变压器端视在功率

上述计算结果表明，暂载率为0.25的塔吊的视在功率比设备的铭牌功率要大的多，其存在的无功功率对用电具有以下影响：

减少发电机有功功率输出；当视在功率恒定时，无功功率降低输变电设备的供电能力；电网内无功功率的增加，会增大线路电压损失和电能损耗；系统无功功率过大时就会造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥；元器件负荷加剧，势必影响供电设备的使用效果并降低其使用寿命。

因此，需在用电设别处尽量提升用电效率，节约能源，降低电费支出，提高供电电缆供电率，减少施工成本。

3合理性分析

S：视在功率；P：有功功率；Q：无功功率

根据无功功率补偿基本公式为 ：

故在P不变的情况，降低无功功率 Q 的值，能很大程度上减少对电能的消耗，对用电现场的恰到好处的无功补偿是一个非常必要的事情。无功补偿计算的首要事情是确定出当前的功率因数以及期望所达到的功率因数，之后通过公式计算出无功功率补偿的量，由自动投切装置完成补偿的动作。根据实际情况，无功功率补偿量不超过补偿计算值。如果在施工现场变压器旁安装电容柜，即我们常说的在总配电柜处“集中补偿”，电容器的配置可按照变压器容量的20%~40% 作为补偿总容量。如我项目部变压器容量为800KVA，补偿容量初步确定为160Kvar~320Kvar。此外施工现场较大电感性负载旁可同步安装小型电容补偿柜，即无功功率的“就地补偿”，根据相应部位的用电设备类型计算出需补偿值。如钢筋调直切断机，当前功率因数cosφ1为0.7，期望功率因数cosφ2为0.88，则需要补偿量为Qc=Pc(tgφ1 – tgφ2)=5.5(1.02-0.54)=2.64 Kvar。设置好补偿柜后，应在计算测试各点的具体情况之后再进行全面的补偿措施研究。

4方案说明

本方案为在现场进行临时用电的实验项目，采用定点试验，检测实验数据并做记录，根据记录数据设计好就地补偿装置，具体安装以现场实际测试结果为主。为充分考虑补偿方案的安全性，试用中用到的设备保证其功能和质量的基础上减少成本的投入，相关的设备器件应尽量简洁适用，适当减少设备的经济投入，增强设备的使用范围。

结束语：

根据上文分析，可由相关专业单位设计一种可移动式自动无功补偿柜，其容量可以适当调整，可以根据负荷变化而自动投切补偿元件，为了方便可以设计为自由移动式，进线采用多股铜线的低压电缆，接在用户母排位置可以自由摆放。 这样对于用户电压会正常、波动小，对于供电部门，降低了线损，减小了无功功率，使变压器输出功率变小。根据此方案如采取就地补偿的方式，不仅增加了临时用电的无功功率因数，节约了电力资源，同时也因电流的降低，提高了供电线路的负荷能力。对于今后在建筑施工行业临时用电设计时提供理论支持和实践意义。

文献：

[1]《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）

[2]《电力电容器与无功补偿》2010年05期

[3]工业与民用配电设计手册第四版