無功功率定義

　　在電網中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率（reactive power） 。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。比如：5.5kW的電動機就是把5.5kW的電力轉換為機械能，帶動水泵抽水或脫粒機脫粒；

　　各種照明設備將電能轉換為光能，供人們生活和工作照明。無功功率比較抽象，它是用于電路內電場與磁場，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40W的日光燈，除需40W有功功率（鎮流器也需消耗一部分有功功率）來發光外，還需80var左右的無功功率供鎮流器的線圈建立交變磁場用。由于它對外不做功，才被稱之為“無功”。

　　無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

　　在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

　　無功功率對供、用電也產生一定的不良影響，主要表現在：

　　（1）降低發電機有功功率的輸出。

　　（2）視在功率一定時，增加無功功率就要降低輸、變電設備的供電能力。

　　（3）電網內無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

　　（4）系統缺乏無功功率時就會造成低功率因數運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發揮。

　　無功功率的含義

　　一、 無功補償定義

　　1.無功功率的含義

　　在交流電路中，如果流過電氣設備的電流與其兩端的電壓相位不一致，就表明該設備存在無功功率，并規定：電流滯后于電壓時該設備消耗無功（電感性），電流超前于電壓時該設備產生無功（電容性），如下圖。

　　電壓有效值用U表示，電流有效值用I表示，電壓相位與電流相位之差用φ表示，則：S=U*I稱為視在功率（容量）， P=U*I*COS φ=S*COS φ稱為有功功率（其中COS φ稱為功率因數）， Q=U*I*sin φ=S*sin φ稱為無功功率。

　　2.諧波的含義

　　在電路中，若電壓（或電流）波形不是標準的正弦波，就稱電壓（或電流）中含有諧波，如下圖。

　　二、無功功率的影響及諧波的危害

　　1. 無功功率對發配電設備的影響主要有以下幾個方面： a.增加設備容量及線路損耗。

　　由于無功功率的存在，傳送同樣的有功將需要更大的視在功率和電流，從而使發電機、變壓器及其它電氣設備容量增加（對自備發電機組，則使投用的發電機組臺數增加），同時線路損耗也增加。

　　b.使線路及變壓器的電壓降增大。

　　對沖擊性無功負荷，還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量降低。

　　2. 諧波對用電設備的危害：

　　諧波可能在鉆機小電網中產生并聯諧振，引起過電壓而損壞電網中的其它用電設備。例如錄井儀、計算機、電視機、UPS電源等經常燒壞。諧波對鄰近的弱電系統，如電控系統的控制器類電子設備產生干擾，導致誤動、死機或停機。影響儀表類電子設備的檢測精度。使電網電壓波形畸變，供電質量下降，導致接在鉆機小電網 中的變壓器、交流電機等損耗加大，加速絕緣老化，還會使這些設備的振動和噪聲增加 。諧波電流引起無功功率增加，使功率因數更低。 三、電動鉆機無功補償及諧波抑制的意義

　　1、當無功電流在發電機--整流柜--電動機等之間流動的過程中，雜散損耗，熱耗/輻射等的消耗是必然的。增加無功補償裝置后，可以降低這種損耗。

　　2、功率因數低時，輸出同樣的有功功率，必須有更多的視在功率，而更多的視在功率就必須投入更多的發電機組。如CAT3512B的空載耗油達70升/小時。增加無功補償裝置后，可以減少運行機組的臺數，也即降低了空載油耗。 根據現場調查，有功功率足夠而由于無功功率不夠，需要多開一臺車的時間在鉆井周期中約占70﹪。對于有功功率或機械能轉換來說，這臺車就相當于空載。一臺直流電動鉆機在一年內工作時間按10個月考慮，每臺柴油機正常工作時每月耗油約45噸，空載運行時耗油大約是其50﹪，可計算出一年內多耗油約150噸。

　　3、雖然柴油機在正常運行時效率是固定的，如CAT3512B 213克/千瓦。時，但不在額定的功率運行時，其效率將會降低。增加無功補償裝置后，可以降低低效率運行時的油耗。

　　4、增加諧波抑制裝置后，將延長發電機，變壓器，MCC等用電裝置的使用壽命。

　　5、增加諧波抑制裝置后，系統中原安裝的凈化電源可以省去。

　　6、國家有關法規如《供電營業規則》、《功率因數調整電費辦法》對用電設備的功率因數有要求，不得小于0.9（與電壓等級及容量有關），否則不允許接入公網，或者罰款。直流鉆機增加無功補償裝置改善功率因數，是接入電網的前提。

　　7、按照國家對電網質量管理的要求， 如國標GB/T14549-93 《 電能質量 公用電網諧波》，電力部門對用戶的用電設備產生的諧波有嚴格的要求，否則不允許接入公用電網。直流鉆機或變頻鉆機增加諧波抑制裝置降低諧波含量，是接入電網的必要條件。

　　為了提高電能質量、保障設備安全運行、降耗節能、充分利用電氣設備的出力等，就需要采取恰當的無功補償及諧波抑制措施，在提高功率因數的同時還能對諧波進行治理。 四、經濟性分析

　　節能減排降耗技術的應用，不僅關乎到社會長期的可持續發展，也能為我們帶來實實在在的直接的經濟效益。下面對直流鉆機配備無功補償及諧波抑制裝置的經濟性進行分析。

　　1. 前面已經估算，由于無功不夠而需要多開一臺柴油發電機組，每年燃油消耗約150噸，也即增加無功補償及諧波抑制裝置后，節省燃油150噸，折合人民幣約90萬元/年。

　　2. 少運行一臺柴油發電機組，可節省潤滑油類以及降低零部件消耗與維修費用約10萬元/年。

　　3. 由于功率因數提高，在用的柴油發動機單機運行在高效區，燃油效率提高，柴油機壽命延長，估算此項綜合費用節省人民幣10萬元/年。

　　4. 無功補償及諧波抑制裝置提高了井場電網的質量，減少了諧波對井場各類電子電氣設備的危害，如為頂驅控制系統提供清潔的電源，可節約維修費用估計10萬元/年。

　　5. 為了給一些特殊的電子電氣設備供電 （如錄井儀，一般計算機，工控機，觸摸屏，PLC等），隨電控系統配置了一些小容量分散安裝的凈化電源，增加無功補償及諧波抑制裝置后，這些小容量的凈化電源就可以省去，可節省約5萬元。 綜上所述，一臺直流電動鉆機配一套無功補償及諧波抑制裝置，每年可節約人民幣約120萬元，一套無功補償及諧波抑制裝置按售價200萬元考慮，一年半即可回收成本。