陳熙

摘要：功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)，鑒于電力生產(chǎn)的特點(diǎn)，用戶用電功率因數(shù)的高低，對發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，節(jié)約電能和改善電壓質(zhì)量有著重要的影響。而無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率，所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。

關(guān)鍵詞：功率因數(shù);無功補(bǔ)償

一、無功功率

在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種，分別是有功功率和無功功率。

有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，是可以將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（如機(jī)械能、光能、熱能）的電功率，如電爐是把電能轉(zhuǎn)換為熱能，電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，照明燈具是將電能轉(zhuǎn)換為光能。

無功功率相較有功功率而言，則比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，是用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率，它不對外作功，只是進(jìn)行了電能形式的轉(zhuǎn)換，并沒有被實(shí)際消耗掉，因此稱為“無功功率”。不過，無功功率并非無用功，實(shí)際上它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中無處不在。比如，電動機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機(jī)械運(yùn)動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)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(chǎn)生磁場，并在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

通常情況下，電力系統(tǒng)中眾多的無功負(fù)載，尤其是感性無功負(fù)載所吸收的無功功率是由發(fā)電廠提供的，也就是說發(fā)電機(jī)在工作時(shí)會向系統(tǒng)釋放有功電能，同時(shí)也會為感性負(fù)載提供相應(yīng)的無功電能。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)必須要保持適當(dāng)?shù)臒o功輸出，如果沒有無功輸出就會對發(fā)電系統(tǒng)造成破壞性的影響，也就是說保護(hù)系統(tǒng)的無功平衡至關(guān)重要。

二、提高功率因數(shù)的意義

（一）什么是功率因數(shù)

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cosφ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。

功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)，它的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等純阻性負(fù)荷的功率因數(shù)為1，而電動機(jī)等感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。

（二）提高功率因數(shù)的意義

1.改善電壓質(zhì)量。由于電力系統(tǒng)中存在的大量感性負(fù)載將造成供電線路壓降，尤其在供電線路末端更為嚴(yán)重，通過合理的補(bǔ)償可以有效的緩解線路壓降，改善電能質(zhì)量。供電線路末端電壓一般較低，當(dāng)線路中無功功率Q減小以后，電壓損失也就減少了。

2.降低線路及變壓器損耗。以系統(tǒng)自然功率0.7為例，如通過補(bǔ)償裝置將系統(tǒng)功率因數(shù)提高到接近1的水平，系統(tǒng)電流將下降30%左右，即線路和變壓器的損耗可降為P=I2R=（1-30%）2R=0.49R，即線路和變壓器損耗可降低51%。降低線路及變壓器損耗，節(jié)約有功電度，是重要的節(jié)能措施。

3.增加電網(wǎng)的傳輸能力。功率因數(shù)在0.7左右的系統(tǒng)，通過提高功率因數(shù)可使系統(tǒng)電流下降30%，從而釋放變壓器及線路的容量，增加變壓器及線路帶負(fù)荷能力。

4.提高設(shè)備利用率，節(jié)省投資。功率因數(shù)越低，說明電路中用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率越大，從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。用戶電器設(shè)備在一定電壓和功率下，該值越高效益越好，發(fā)電設(shè)備越能充分利用。提高功率因數(shù)可以有效的降低系統(tǒng)電流和視在功率，故可以有效的降低電網(wǎng)建設(shè)中所有相關(guān)設(shè)備的容量，從而降低電網(wǎng)建設(shè)中的投資。用戶可在變壓器不增容的情況下，增加負(fù)載，進(jìn)行擴(kuò)大再生產(chǎn)。

5.延長設(shè)備壽命。功率因數(shù)提高后，線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量負(fù)荷降低，從而減小流過線路及變壓器的電流，減緩導(dǎo)線及變壓器的絕緣老化速度，因此可以降低溫升延長設(shè)備使用壽命。

6.節(jié)省電費(fèi)支出。為了提高用戶的功率因數(shù)并保持其均衡，以促進(jìn)供用電雙方和社會的經(jīng)濟(jì)效益，1983年原水利電力部、國家物價(jià)局出臺的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》規(guī)定了不同類型用戶的功率因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值及其適用范圍，以及功率因數(shù)的計(jì)算和電費(fèi)調(diào)整辦法。根據(jù)計(jì)算的功率因數(shù)，在高于或低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，按照規(guī)定的電價(jià)計(jì)算出其當(dāng)月電費(fèi)后，再按照“功率因數(shù)調(diào)整表”所規(guī)定的百分?jǐn)?shù)增減電費(fèi)。因此，在不滿足功率因數(shù)要求時(shí)將增加額外的力率調(diào)整電費(fèi)，所以在企業(yè)的生產(chǎn)用電過程中也需要關(guān)注功率因數(shù)的變化并做出相應(yīng)的調(diào)整，避免向電網(wǎng)輸入過多無功功率。通過提高功率因數(shù)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以消除力率考核電費(fèi)，從而使電力用戶電費(fèi)支出大幅度降低。

三、提高功率因數(shù)的方法

提高功率因數(shù)必須保證原負(fù)載的工作狀態(tài)不變，即加至負(fù)載上的電壓和負(fù)載的有功功率不變。提高功率因數(shù)的方法主要可分為兩種：

（一）提高自然因數(shù)的方法

1.選擇合適的供電變壓器，避免變壓器空載或輕載，減少變壓器的無功損耗。

2.選擇合適的電動機(jī)容量，減少不必要的電動機(jī)無功消耗，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”。

3.合理調(diào)整生產(chǎn)班次，均衡用電負(fù)荷，提高用電負(fù)荷率。

4.改善配電線路布局，避免曲折迂回等。

（二）人工補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

實(shí)際中可使用電路電容器或調(diào)相機(jī)，一般多采用電力電容器補(bǔ)償無功，即：在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，用電容器的無功功率來補(bǔ)償感性負(fù)載的無功功率，從而減少甚至消除感性負(fù)載與供電電源之間原有的能量交換。

在交流電路中，純電阻電路，負(fù)載中的電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中的電流滯后于電壓，而純電容的電流則超前于電壓，電容中的電流與電感中的電流相差，能相互抵消。電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個(gè)角度，將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)，則電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流減小，功率因數(shù)將提高。

并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方法又可分為：

1.個(gè)別補(bǔ)償個(gè)別補(bǔ)償就是對單臺用電設(shè)備所需的無功就近補(bǔ)償?shù)霓k法，把電容器直接接到單臺用電設(shè)備的同一個(gè)電氣回路，用同一臺開關(guān)控制，同時(shí)投運(yùn)或斷開。這種補(bǔ)償方法的效果最好，電容器靠近用電設(shè)備，就地平衡無功電流，可避免無負(fù)荷時(shí)的過補(bǔ)償，使供電質(zhì)量得到保證。

2.分散補(bǔ)償分散補(bǔ)償是將電容器分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上，它可與根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化投入或切除電容器組，但造價(jià)相對較高，優(yōu)點(diǎn)是電容器利用率較高且補(bǔ)償效果也較理想（比較折中）。

3.集中補(bǔ)償是電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)的母線上，這種補(bǔ)償方式安裝簡單，運(yùn)行可靠，但補(bǔ)償效果較前兩種補(bǔ)償方式差，造價(jià)也相對較高，優(yōu)點(diǎn)是電容器利用率高，能減少電網(wǎng)和用戶變壓器及供電線路的無功負(fù)荷。

在實(shí)際應(yīng)用中，三種補(bǔ)償方法可同時(shí)使用。

四、結(jié)束語

當(dāng)電力系統(tǒng)某一節(jié)點(diǎn)合理設(shè)置并聯(lián)電容器以后，并聯(lián)點(diǎn)至電源側(cè)的總電流會減小，功率因數(shù)會提高;并聯(lián)點(diǎn)至負(fù)載側(cè)的總電流基本上無變化或變化很小，功率因數(shù)也是無變化的。簡單來說并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償裝置只能降低補(bǔ)償裝置到電源間的無功功率，而補(bǔ)償裝置至負(fù)載端的無功功率不會減少。所以無功補(bǔ)償裝置越接近負(fù)載端，補(bǔ)償效果越好，當(dāng)然這也會帶來投資、成本方面的問題。電容器無功補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行以后，會大大降低負(fù)載側(cè)向電網(wǎng)傳輸無功功率，減少線路中的電流，降低線路上的損耗，提升變壓器轉(zhuǎn)換有功功率的能力，減少投資。同時(shí)線路上總電流的降低也會降低線路上的電壓損耗，對提升供電質(zhì)量也是非常有利的。同時(shí)用戶的功率因數(shù)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，可以避免增加力率考核電費(fèi)。因此，無論對供電部門還是用電部門，對無功功率進(jìn)行自動補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，防止無功倒送，對節(jié)約電能、提高運(yùn)行質(zhì)量都具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李平.提高低壓配電網(wǎng)功率因數(shù)及降低線損的措施.光機(jī)電，2014：31.