于瑞丰
德强生物股份有限公司
黑龙江 哈尔滨 150000
摘 要：结合制药企业用电负荷现状以及功率因数的基本概念，探讨了提高电力系统功率因数对制药企业的实际意义，重点介绍了制药企业提高功率因数的常用方法及管理办法。
关键词：制药企业；电力系统；功率因数；意义；方法
1 制药企业用电负荷现状
生产型制药企业的常见用电负荷包括生产与非生产两大类。其中，非生产类用电负荷主要是指办公区、生活区的用电负荷，此类用电负荷的功率因数相对稳定；而生产类用电负荷情况复杂，包括水制备类设备、空调系统设备、发酵类设备、灌装类设备、药品包装类机械、冻干类设备、检测类设备、污水处理类设备等的用电负荷以及照明类用电负荷。由于上述生产类设备的额定功率差别很大，使用频率、使用周期也千差万别，加上企业淡旺季用电量差距巨大等情况，导致很多时候企业用电系统总的功率因数很低，电能利用程度低，严重影响用电质量，电力部门往往每月会对功率因数不达标的企业进行经济处罚。
2 功率因数的基本概念
功率因数分为视在功率、有功功率和无功功率，企业功率因数通常也被称为力率，用符号cos φ表示。在交流电路中，电压与电流之间的相位差（φ）的余弦叫做功率因数，功率因数是有功功率P和视在功率S的比值，即cos φ=P/S，公式中的角度φ称为功率因数角。提高功率因数其实就是减少线路中的无用功，提高有用功的占比，使电力系统的电能质量更高，企业用电更经济、更节约。
3 提高功率因数对制药企业的实际意义
在制药企业的车间、库房、办公区乃至生活区中，大部分的负载都是感性负载，例如分装机、灌装机、轧盖机、全自动包装一体机、冻干机、冷水机组、空调系统、水制备系统以及照明系统、水泵等负载，可以说为满足现代化制药企业的生产、检验、研发、辅助设施设备等的正常运转，无处不用电机，无处没有感性负载。
图1是感性负载并联电容器的等效电路图。为了提高设备的功率因数，通常最经济实用的无功补偿措施就是在原有的电路中并联电容器。
一般制药企业都建有变电所，独立生产厂房都配有配电室，整个工厂虽然由电力系统提供相对稳定的电压高压，然而低压是随着工厂的负荷变化以及不同线路用电负荷的实时变化而变化的。当一个回路中的用电负荷需要一定数量的有功功率满足生产时，线路也会同时输送一定数量的无功功率，而无功功率占比越多，线路的电压损失就越大，即输送至负荷端的电压就越低，反之，提高功率因数对制药企业来说具有重要的意义，具体体现在以下几个方面：
3.1 改善电能质量
提高电力系统功率因数，可以减少供电系统中的电压损失，使设备电压更稳定。否则，电压不稳或过低，会影响部分设备所生产出来的产品的精度，如温度不均匀导致的包装封口不严、漏气，严重时还会造成设备不能正常启动或是设备电动机持续过热，缩短设备的使用寿命，乃至烧毁设备。
3.2 减少企业电力设备投资
通过改善企业用电系统的功率因数，可以减少整个企业变电设计的总容量，选择更低容量的变压器，直接节省变压器投资，相应地也会降低配套电器设备、输送导线等的容量。因此，无论是新建厂房，还是药厂改造车间，提高系统功率因数，不但直接减少了设备投资费用，而且降低了设备本身的电能损耗、维修保养等费用。
3.3 节约企业电费
根据国家现行规定，为了提高供电系统的电能质量，鼓励企业用户投资相应的设备设施，提高功率因数，以功率因数0.9为标准基数，企业用电的功率因数在0.9～0.95，不奖不罚。当用户的功率因数高于0.95时，可以按比例降低电费；当用户的功率因数低于0.9时，则要按不同档次、不同比例增收当月电费。
在实际使用中，制药企业停产维修的淡季月份往往罚款电费达数万元。因此，对于用户来说，提高功率因数是一次投资、长期受益的事情，不但可以减少每月数万的罚款，当功率因数提高到0.95以上时，还会减少电费开支，节约生产成本。
3.4 提高设备、电能利用率
通过改善企业功率因数，可以有效地降低制药企业的电能损失，提高制药企业设备的利用率，节约用于配套设备、电力线路方面的投资，增加经济效益。同时，也可以提高电能利用率，节能环保。
4 提高功率因数的常用方法
首先，制药企业的管理层要充分认识到，提高功率因数有利于提高企业的经济效益和社会效益；再次，要普及专业知识，让更多人员在选择设备、运行设备、维护设备时，更清楚如何提高功率因数。下面介绍两大类常见的提高功率因数的方法。
4.1 提高设备的自然功率因数
提高设备的自然功率因数是通过采用各种技术和措施，改进用电设备本身的运行情况，以此提高负荷功率因数。提高自然功率因数的方法有：
4.1.1 提高变压器的负载率
在变电所变压器的选型上，要依据企业总的计算负荷，合理选择变压器的容量。一般企业都会选择两台变压器，一台主变，一台辅变，实际运行中变压器的负载率在80%较为合适。当企业供电需求量不变时，提高系统的功率因数，可以减少变压器的设计总容量，这是因为在变压器输出一定量的有功功率时，它的有功功率与变压器的功率因数成正比，所以提高功率因数，就能减少变压器的需用容量。然而，变压器的负载率越低，其功率因数就越低，当低至变压器待机时，除满足自身运行外几乎没有做有用功，其功率因数近乎于零。所以，企业要适时调整变压器的运行方式，避免变压器空载运行或者长期低载运行。
4.1.2 电动机的合理选择和使用
制药企业的绝大部分动力负荷都是伺服电机、异步电机，在电机空载或低负载运行时就会产生大量的无功功率。所以，要改善电机的功率因数，就要防止电动机的低载和空载运行，并尽可能提高电机的负载率。因此，生产中要杜绝设备的空载运行，减少90%以下负载运行的概率，使其尽可能在满载的情况下运行，提高设备的功率因数。
4.1.3 做好电动机的日常维护保养
异步电动机的结构主要由定子与转子组成，其两者之间的气隙越大，异步电动机就需要消耗越多的无功功率，从而使电动机的功率因数降低。因此，要加强电动机的日常维护与保养，保证电动机的良好运行。
4.2 人工补偿法
人工补偿又称为无功补偿，主流的做法就是采用集成的电容器补偿无功功率，即在感性负载上并联电容器。其原理是将无功补偿设备安装在负载附近，近地补偿设备的无功功率，从而有效地提高设备的功率因数。并联电容器的补偿方法又可分为：
4.2.1 高压集中补偿
把电容器组集中安装在企业变电所6 kV/10 kV的母线上，它只能补偿6 kV/10 kV母线的电源侧无功功率。其优点是便于集中管理，缺点是其补偿范围较小，负荷侧的配电线路得不到无功补偿。
4.2.2 低压分组补偿
将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，可随工厂局部回路负荷的变动同时投入运行或断开，也就是在实际中将电容器组分别安装在各车间配电柜的母线上，制药企业变电所多采用此种补偿方法。其优点是电容器的利用率较高，且补偿效果也较为理想。
4.2.3 低压单独补偿
在用电设备附近按其本身无功功率的需要量安装电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是在实际中将电容器组直接接在用电设备附近，适合用于低压网络中个别容量大的设备。其优点是补偿的效果好，缺点是电容器组的利用率低。
5 制药企业运行维护无功补偿设备的方法
制定无功补偿设备运行及维护的规章制度是提高企业设备管理水平与设备质量的重要手段。为了保证制药企业中无功补偿设备的运行维护保养达到预期的效果，应当积极地制定和创新一些有效的规章制度、考核办法，提高设备操作人员的工作效率和设备维护效果。以下几点是我司在运行维护无功补偿设备方面的一些经验：
（1）在企业变电所的运行管理过程中，完善无功补偿设备的运行维护管理制度，编制操作规程、应急处理措施，加强对员工的培训与考核。
（2）对变电所的值班工作人员提出专项要求，工作人员应及时记录无功补偿设备的运行情况，并且做好定期检查和特殊检查工作，发现异常及时调整、处理，杜绝任何安全隐患的出现。一旦出现故障，及时处置，记录好该故障出现的原因、状况以及最终的解决方案。
（3）完善相关考核制度，定期举办培训、考核，坚决把工作落到实处。
6 结语
本文从理论上分析了提高功率因数对改善制药企业经济效益和社会效益的意义，并着重介绍了提高功率因数的几种方法。在实际应用中，企业还应根据自身情况进行分析，从设备、技术、经济投入等方面综合考虑无功补偿方式，从而达到最佳的补偿效果。
[参考文献]
[1] 马军荣，杨艳，王文丽.浅析提高功率因数的意义及方法[J].科教文汇，2016（18）：71-72.
[2] 付杰，周颖，胡晓光.基于10 kV线路无功补偿系统研究[J].农业科技与装备，2017（5）：31-33.
作者简介：
于瑞丰（1981—），男，黑龙江哈尔滨人，工程师
研究方向：
制药机械、设备管理