劉小燕

摘 要：通過減少無功功率，提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)，確保供電質(zhì)量和效率是當(dāng)前電力企業(yè)的重要任務(wù)。文章詳細(xì)闡述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的主要原因，并對提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的主要方法進(jìn)行介紹，最后討論了無功補(bǔ)償?shù)闹饕绞健?/p>

關(guān)鍵詞：功率因數(shù)；有功功率；無功功率；無功補(bǔ)償

引言

電力是當(dāng)前人類社會(huì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)和居住生活活動(dòng)中使用的主要能源種類。隨著環(huán)保和資源壓力的增大，電力利用效率的問題日漸引起人們的關(guān)注。功率因數(shù)是電網(wǎng)運(yùn)行過程中衡量電能供應(yīng)效率的重要指標(biāo)，是電力線路中有功功率在總功率中占據(jù)的比例，通常以百分比表示。功率因素越大，電力線路中有功功率在總功率中所占比例就越高，與之對應(yīng)的無功功率就越低，電網(wǎng)供電效率就越好。功率因素的大小對電網(wǎng)運(yùn)行情況影響重大，提高功率因素，減少無功消耗，是改善電網(wǎng)整體運(yùn)行狀況，提高電力系統(tǒng)設(shè)備利用效能的重要途徑。

1 功率因數(shù)發(fā)生改變的主要原因

電力線路中之所以有功率因數(shù)這個(gè)概念，主要是因?yàn)榻涣麟娫O(shè)備在運(yùn)行過程中，部分電能沒有發(fā)揮作用，沒有做功，而是被白白消耗掉了。這部分沒有做功的電能對應(yīng)的功率稱之為無功功率。功率因數(shù)就是為了評價(jià)電能做功情況，即電能使用效率而出現(xiàn)的。電網(wǎng)中導(dǎo)致無功功率產(chǎn)生的主要原因有以下兩種：

第一種是由異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器等電力設(shè)備產(chǎn)生的感性無功電流。定子與轉(zhuǎn)子間氣隙的存在，致使異步電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生一部分無功。異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的無功功率可以分為空載時(shí)的無功功率和承受一定量載荷情況下無功功率增加值兩個(gè)部分。因此，提高異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)就要從這兩個(gè)方面著手，即避免異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行及盡量提高電動(dòng)機(jī)載荷，使電動(dòng)機(jī)接近滿負(fù)荷運(yùn)行。變壓器的無功功率則主要是指其空載狀態(tài)下的無功功率，而不受變壓器載荷大小影響所以，要提高變壓器功率因數(shù)，就要避免變壓器長期空載運(yùn)行。

第二種是供電電壓超出電力設(shè)備額定電壓。從實(shí)際數(shù)據(jù)上看，一旦供電電壓超過額定標(biāo)準(zhǔn)十分之一，設(shè)備就會(huì)達(dá)到磁路飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致無功功率迅速提高。數(shù)據(jù)顯示，供電電壓超過額定標(biāo)準(zhǔn)十分之一，對應(yīng)的無功功率會(huì)提高約三分之一。而當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，功率因數(shù)會(huì)有所提高，但這種情況對以電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不利。

2 提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的方法和途徑

功率因數(shù)的高低，不僅關(guān)系到電能利用效率，對于提高電力其余生產(chǎn)效能，改善電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，穩(wěn)定電壓，提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶節(jié)約電能也有著極為重要的作用。因此，當(dāng)前各大電力企業(yè)都將提高功率因數(shù)，減少無功功率作為重點(diǎn)研究課題和日常工作的重要任務(wù)來抓?，F(xiàn)階段提高功率因數(shù)，確保電力使用效率的方法一般有以下幾種。

2.1 促進(jìn)系統(tǒng)自然功率的提升

提高電力設(shè)備功率因數(shù)的一個(gè)主要途徑是在不增加功率補(bǔ)償設(shè)備的前提下，單純降低用電設(shè)備負(fù)載狀態(tài)下的無功消耗，提高有功占據(jù)比例，從而使得系統(tǒng)自然功率提高。該方法對于補(bǔ)償設(shè)備沒有需求，具有投入資金少，經(jīng)濟(jì)效益佳的特點(diǎn)。提高系統(tǒng)自然功率的方法主要有以下幾項(xiàng)措施：一是通過對供電或用電設(shè)備生產(chǎn)工藝的調(diào)整優(yōu)化，使得電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)一步得以改善，從而提高電能使用效率。二是提高異步電動(dòng)機(jī)和變壓器使用的科學(xué)化、規(guī)范化水平，提高電氣設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。三是通過對變流設(shè)備的科學(xué)設(shè)計(jì)和正確選用，確保直流設(shè)備電力供應(yīng)和勵(lì)磁質(zhì)量，以硅整流或晶閘管整流裝置代替變流機(jī)組、汞弧整流器等直流電源設(shè)備。四是對電動(dòng)機(jī)及電焊機(jī)等設(shè)備的空載情況加以控制，目前普遍采用安裝空載斷電裝置，當(dāng)空載率大于百分之五十時(shí)予以斷電處理的方法。五是滿足工作要求的情況下，將異步電動(dòng)機(jī)改為同步電動(dòng)機(jī)，二者容量應(yīng)相同，或者對負(fù)荷率小于等于0.7并且最大負(fù)荷小于等于90%的繞組式異步電動(dòng)機(jī)實(shí)施異步電動(dòng)機(jī)同步化，即當(dāng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)完畢后，向轉(zhuǎn)子三相繞組中送入直流勵(lì)磁，從而達(dá)到異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況基本相同的目標(biāo)。在過勵(lì)磁的情況下，電動(dòng)機(jī)可向電網(wǎng)送出無功功率，從而達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。

2.2 通過人工補(bǔ)償方式加以調(diào)整

2.2.1 使用靜電電容進(jìn)行補(bǔ)償。一直以來，國內(nèi)外都普遍把加裝無功補(bǔ)償電容器作為解決無功功率補(bǔ)償問題的主要方法。電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷以并聯(lián)方式連接，這種方法使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單，投入成本較少，但由于阻抗不變，所以補(bǔ)償效果一定，不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

2.2.2 隨著電力設(shè)施及其運(yùn)轉(zhuǎn)情況的不斷復(fù)雜化，無功補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)化成為必然的要求。在大型用電單位，用電設(shè)備電容量巨大，設(shè)備運(yùn)行過程中反復(fù)發(fā)生載荷短時(shí)間內(nèi)的大幅變化。對于這種情況，傳統(tǒng)的調(diào)相機(jī)或固定電容器已經(jīng)無法適應(yīng)補(bǔ)償要求，必須采用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。當(dāng)前有一種新型的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備叫做靜止無功補(bǔ)償器。這種裝置對于電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性、確保電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量、加快動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度和改善設(shè)備性能等都有著非常良好的效果?，F(xiàn)在最為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置是采用自換相變流電路的靜止無功發(fā)生器（高級靜止無功補(bǔ)償器）。

3 當(dāng)前無功補(bǔ)償主要方式

電力設(shè)備應(yīng)用環(huán)境廣泛，針對不同的工作條件，無功補(bǔ)償?shù)姆绞揭灿兴煌３Ｒ姷挠凶冸娬炯醒a(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、桿上無功補(bǔ)償和用戶終端分散補(bǔ)償?shù)榷喾N方式。

3.1 變電站集中補(bǔ)償

變電器集中補(bǔ)償主要是為了提高輸電網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)，以及提高終端變電所電壓和補(bǔ)償主變壓器無功損耗。由于各補(bǔ)償裝置與變電站10千伏母線相連接，從而使得補(bǔ)償系統(tǒng)更加便于管理，維護(hù)更加簡單。其不足之處是不能實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)損耗的控制。一般情況下，無功補(bǔ)償裝置與有載調(diào)壓抽頭聯(lián)合使用，已達(dá)到控制電壓和無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

3.2 低壓集中補(bǔ)償

以配電變壓器380伏側(cè)為載體進(jìn)行無功補(bǔ)償是當(dāng)前我國電力行業(yè)常用的第二種無功補(bǔ)償方式。該方法以低壓并聯(lián)電容器柜為工具，通過對用戶負(fù)荷的變化進(jìn)行針對性的電容器投入達(dá)到跟蹤補(bǔ)償?shù)哪康?。該方法主要用于對專用變壓器用戶功率因?shù)的提高，由于是就地補(bǔ)償，所以在一定程度上有利于減少配電網(wǎng)和配電變的損耗。

3.3 桿上補(bǔ)償

該方法是為彌補(bǔ)公用變壓器低壓補(bǔ)償缺位而設(shè)立的。通過在架空線路塔桿安裝10kV戶外并聯(lián)電容器達(dá)到提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，提升電壓降低損耗的目的。該方法的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償效率高，投資規(guī)模小及方便管理維護(hù)，對于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長配電線路較為適合。缺點(diǎn)是不具備動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。

3.4 用戶終端分散補(bǔ)償

該方法的優(yōu)點(diǎn)是降低線損率，保障用電設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行環(huán)境，改善系統(tǒng)供電水平。缺點(diǎn)是設(shè)備閑置情況較多。常見的用戶終端補(bǔ)償有隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償三種類型。

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)水平的進(jìn)一步提高，電力事業(yè)必將迎來更加繁榮的發(fā)展階段。受系統(tǒng)設(shè)備使用效率和安全穩(wěn)定方面要求的影響，電力系統(tǒng)功率因數(shù)的提高已經(jīng)成為必然。通過無功補(bǔ)償改善系統(tǒng)功率因數(shù)是當(dāng)前電力企業(yè)普遍采用的方法。我國正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要階段，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定和電力利用效率意義重大。電力企業(yè)要把提高功率因數(shù)作為一項(xiàng)重要任務(wù)來抓，不斷加大研究投入，推動(dòng)無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和安全效益的最大化，為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行做出保障。

參考文獻(xiàn)

[1]無功功率的最佳補(bǔ)償容量[J].電力電容器，2001，3：18-20.