摘 要：根據(jù)功率因數(shù)的特性，本文介紹了企業(yè)用電過程中功率因數(shù)過低的主要原因。闡述了提高功率因數(shù)對節(jié)約電源容量、降低線路損耗的意義，并提出了改善功率因數(shù)的方法。

關(guān)鍵詞：功率因數(shù)；有功功率；電容器

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0039-02

引 言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，企業(yè)對電力需求不斷提高，與此同時帶來的突出問題是能源的利用率較低，耗費了大量的資源。在供電系統(tǒng)中，功率因數(shù)是系統(tǒng)經(jīng)濟效益的重要因素。功率因數(shù)低，用電設(shè)備的有功功率將減小，電源利用率將降低。反之，電源利用率能增加，線路損耗減少，減少企業(yè)的電費開支。

1 功率因數(shù)的定義

在企業(yè)的用電設(shè)備中，電動機及其它帶有線圈的設(shè)備占有很高的比例，這類設(shè)備除了需要電網(wǎng)提供一部分功率P（稱為有功功率））作有功用外，還需要耗用一部分功率Q（稱為無功功率）用來建立線圈磁場。功率因數(shù)cos？準就是反映有功功率在總電功率S（稱為視在功率）中所占的比例。企業(yè)實際用電時，我們希望功率因數(shù)越大越好，這樣電網(wǎng)中的視在功率將大部分用來給設(shè)備供給有功功率，從而減少發(fā)電機無功功率的輸出，提高發(fā)電機的利用率。

功率因數(shù)的計算方式如下：

S= =cos？準

2 影響功率因數(shù)的主要因素

2.1 大量的感性設(shè)備

電網(wǎng)運行的設(shè)備中，無功功率最大的來源是感應(yīng)電爐、交流電焊機、異步電機等設(shè)備。其中感應(yīng)電爐在保溫時的無功功率較大；在加熱時，需要的無功功率較小。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成的。

2.2 變壓器

變壓器在空載運行時需要消耗無功功率，它的無功消耗不隨它和負載率的變化而變化。因而，為了提高功率因數(shù)，應(yīng)減少變壓器空載運行時間。

2.3 系統(tǒng)供電電壓

系統(tǒng)電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成一定的影響。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)系統(tǒng)電壓高于額定值的10%時，受磁路飽和的作用，無功功率將快速增長。

3 提高功率因數(shù)的意義

3.1 提高功率因數(shù)可改善電壓質(zhì)量

提高功率因數(shù)可減少線路和變壓器的電壓損失，提高電壓質(zhì)量。我們采用功率三角形計算法，電路在并聯(lián)電容前后的功率三角形，如圖1所示。

U——線路額定電壓（kV）；

P——輸送的有功功率（kW）；

Q——輸送的無功功率（kVar）；

P'——并聯(lián)電容后輸送的有功功率（kW）；

Q'——并聯(lián)電容后輸送的無功功率（kVar）；

R——線路電阻（Ω）；

X——線路的電抗（Ω）；

Qc——并聯(lián)電容器提供的無功功率（kVar）；

線路電壓損失計算公式：△U=（PR+QX）/U。

并聯(lián)電容器后，線路中無功功率為Q'=Q-Qc，所以線路中電壓損失為：△U1={（PR+（Q-QC）·X）}/u。

很明顯△U1<△U，即安裝并聯(lián)電容器后電壓損失減少了，線路電壓提高了。由于越靠近線路末端線路電抗X越大，因此從上式看出越靠近線路末端并聯(lián)電容器，效果越好。

3.2 提高功率因數(shù)可降低供電設(shè)備容量和投資。

例如某企業(yè)有功負荷為800kW，功率因數(shù)為0.65時，視在功率為1230kVA，需選用1600kVA/10kV變壓器。如果將功率因數(shù)提高到0.9，視在功率為888kVA，此時僅需要選擇1000kVA或者1250kVA的變壓器即可滿足供電需求，僅此項就可節(jié)約600kVA變壓器的投資。

3.3 提高功率因數(shù)可降低電能損耗

并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)，主要是為了降損節(jié)能。由于線路和變壓器的功率損耗與通過的電流平方成正比即：

△P=3I R=3 ·R

在系統(tǒng)負載有功功率不變的條件下，ΔP則與cos？準成反比。并聯(lián)電容器后，隨著cos？準的增加，ΔP就會減小，電能損耗就會減少。

3.4 提高功率因數(shù)可以減少企業(yè)電費支出

提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟效益是明顯的，根據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》，對企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了不同數(shù)值時的電費制度。

由表1可以看出當(dāng)功率因數(shù)在0.90～0.94之間的時候，功率因數(shù)每增加1%，每月的電費可以減少0.15%。當(dāng)功率因數(shù)小于0.90以后，每減少1%，每月的電費卻要增加0.5%，因此可知提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟效益是十分明顯的。

4 提高功率因數(shù)的途徑

4.1 合理選擇設(shè)備，提高自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是最經(jīng)濟的方法。它不需要增加投資，也不添置補償設(shè)備，僅僅是通過合理的選擇功率因數(shù)較高的用電設(shè)備來降低無功功率。

4.1.1 合理使用電動機

電動機長期處于低負載下運行時，無功功率較大，功率因數(shù)較低，且電機的效率也較差。所以，合理選用電動機的型號、規(guī)格和容量，使其能滿載運行，可以改善企業(yè)的功率因數(shù)。

4.1.2 提高異步電動機的檢修質(zhì)量

實驗表明，檢修時重點維修和調(diào)整異步電動機定子繞組匝數(shù)、電動機定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙能有效降低異步電動機的無功功率。

4.1.3 采用同步電動機或異步電動機同步運行提高功率因數(shù)

同步電動機所帶機械負荷的大小就是同步電動機消耗的有功功率。而無功功率的大小主要由轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小決定。在欠激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功功率，在過激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功功率。因此，要使電機處于過激狀態(tài)，我們只需調(diào)節(jié)電機的勵磁電流，就可以使同步電機的定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功功率，從而提高企業(yè)的功率因數(shù)，減少電網(wǎng)輸送給企業(yè)的無功功率。異步電動機同步運行也被稱為“異步電動機同步化”。我們將異步電動機三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，即可達到同步電動機的效果，然后再采用和同步電機相同的方式向電網(wǎng)“送出”無功功率。

4.1.4 合理選擇變壓器容量，更改變電所的運行方式

我們通常采用“撤、換、并、停”等方法，對變電所內(nèi)負載率比較低的變壓器進行調(diào)整，提高其負載率，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。

4.2 裝設(shè)電容補償方式

4.2.1 并聯(lián)電容的計算

電容作為儲能元件，主要擔(dān)負著與外部交換能量的作用，本身不消耗能量。因此，并聯(lián)電容后電路的無功功率比會減少，有功功率不變。根據(jù)圖1，可列出電容計算公式如下。

Q-Q'=Qc

由功率三角形還可得出：

Q=Ptan？準 Q'=Ptan？準' Qc=U2？棕C

根據(jù)上述公式可計算出補償電容值：

C= （tan？準-tan？準 ）

從圖1可看出，并聯(lián)電容前后電路的無功功率的變化量即為電容的容量。

4.2.2 無功補償裝置的選擇

根據(jù)無功補償裝置在工廠供電系統(tǒng)中的安裝位置，通常有高壓集中補償、低壓集中補償、單獨就地補償三種方式。

高壓集中補償在大中型工廠普遍應(yīng)用。這種補償方式是將無功補償裝置集中裝設(shè)在變配電所的10kV母線上，此種補償方式初期投資較少，便于集中維護，使工廠總功率因數(shù)提高，但是，只能補償10kV母線前（電源方向）所有線路上的無功功率，所以經(jīng)濟效果較后兩種補償方式差。

低壓集中補償，比較經(jīng)濟，在工廠中普遍應(yīng)用。這種補償是將無功補償裝置裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上。其補償范圍較大。能補償車間變電所主變壓器的無功功率，從而減小變壓器的視在功率，減少變壓器的容量，節(jié)省企業(yè)投資，而且它安裝在變電所低壓配電室內(nèi)，運行維護方便。

單獨就地補償，又稱個別補償。它的補償范圍最大，效果也較好。適用于經(jīng)常運轉(zhuǎn)而容量又大的設(shè)備，如大功率異步電動機、中頻高頻電爐等。這種方式是將無功補償裝置分散地裝設(shè)在各個車間用電設(shè)備附近。但是這種補償方式總設(shè)備投資較大，且無功補償裝置在用電設(shè)備停止工作時，也被切除，所以利用率不高。

5 結(jié) 語

通過以上分析可以看出，增加無功補償，提高功率因數(shù)，對于節(jié)約電能，降低損耗，提高變配電設(shè)備的供電能力是極其有利的。合理配置無功功率補償裝置，對降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)效益有著重要的作用。

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收稿日期：2018-3-25