提高功率因数，降低电力设备的损耗

段丽媛

(山西省广播电影电视局无线管理中心，山西太原030001)

0 引言

每台供电设备都有额定容量，即视在功率。在有感性负载时，用电设备输出的总功率中，既有有功功率，又有无功功率。因此，加强无功功率补偿措施，提高功率因数，增强用电设备效率，就可使供电设备的容量得到充分利用，从而节约电能，这对全面开展节能降耗工作具有重要意义。

1 无功功率产生的原因

电力系统中的无功功率主要是感应电动机的励磁与漏磁消耗、电力变压器与线路损耗等。无功功率损耗造成电压降低，并且在传输与交换过程中损失大量有功电能，降低了输变电的负载能力。其中感应电动机所消耗的无功功率占电力系统无功总负荷的80%左右，其值与电动机容量和负载状况有关。在大电力系统中，电能经过几次电压变换，无功损耗也可高达30% ～40%，其无功损耗主要与供电负荷的组成及电压变换次数有关。

2 功率因数的要求及其与用电设备的关系

功率因数cosφ是有功功率与视在功率的比值，以cosφ表示，即:

cosφ的数值为0～100%。

当cosφ=0时，(即P=O)表明此交流电路中为纯无功功率，不存在有功功率。

当cosφ=1时，(即q=0、P=S)表明此电路中为纯有功功率，不存在无功功率，事实上只有纯电阻电路中才存在这种情况。

由P=Scosφ知，当S一定时，功率因数cosφ越低，有功功率就越小。当cosφ=0.5时，说明负载只利用了电源提供能量的一半。

2.1 功率因数主要受感性负载的影响

功率因数反映了负载从电源接受的视在功率S中有多少转换成了有功功率P，其主要取决于电感性负载中电阻与感抗的数值。也就是说无功功率存在的根本原因就是由于感性负载的存在。而在日常生产、生活中，电感性负载比比皆是。从交流电做功的角度来说，在众多的电感性负载中只有有功功率才是有实际意义的。感性负载不消耗能量，但感性负载与电源间功率的交换，其本身需要一定的无功功率。并且需要的无功功率越大、功率因数就越低，而有功功率P是一定值，自然供电容量会因功率因数的偏低而增大，造成不必要的损失。例如，常用的异步电动机，在额定负载时的功率因数约为0.7～0.9左右，轻载时，功率因数就更低，其它如电焊机变压器，大型照明灯等负载的功率因数也是较低的。因此，如何减少用电设备与电源间能量的互换，是提高功率因数的关键。

2.2 不同用户的功率因数应达到下列规定

高压供电的电力用户，功率因数为0.90以上;其它100千伏安(千瓦)及以上用户(如大、中型电力排灌站)，功率因数为0.85以上;农业用电，功率因数为0.80。

功率因数越高，即无功功率越少，发、供、用电设备越能够充分发挥其能力。故提高功率因数是节约无功电能的有效途径。

2.3 用电设备功率因数低的原因

(1)大量采用感应电动机或其它电感性用电设备(如电焊机、感应电炉等);

(2)电感性的用电设备配套不合适或使用不当造成设备长期轻载或空载运行;

(3)大量采用气体放电型灯具作照明光源;

(4)变电设备的负载率偏低。

2.4 功率因数与线路损耗的关系

功率因数与线路损耗关系如表1所示，该表以功率因数为1时的线损为基数进行比较。

表1 功率因数下降与线损增加对比表

2.5 提高功率因数的好处

(1)提高功率因数可以提高发电、供电(发电机、电力线路、变压器等)设备的供电能力，同样的设备可以更充分的利用;

(2)提高功率因数可以提高用户设备(如变压器等)的利用率，节省用户电气设备投资;

(3)提高功率因数可以降低电力系统电压损失和减小电压波动，改善电能质量;

(4)提高功率因数可以减少输、变、配电设备中的电流，因而降低电能输送过程中的损耗，节约电力;

(5)提高功率因数可以减少电费开支。

3 提高功率因数的措施

提高功率因数主要是补偿无功功率，采用分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主，以取得最大的节能和经济效益。

3.1 无功补偿的类型

无功补偿主要有:高压集中补偿、低压集中补偿和就地补偿三种。

(1)高压集中补偿:补偿装置要装在工厂电源进线的高压母线上，它只能对装置之前的线路进行补偿，单位内部用电设备的无功功率得不到控制。不能实现很好的补偿作用。

(2)低压集中补偿:是将补偿装置安装在单位内各变电所的低压母线上，通过对电源的无功补偿来提高整个变电所所属用电设备的功率因数。这种方式在低压供电中应用较广。

(3)就地补偿:就是补偿装置安装在各大型用电设备进线处，使其无功功率得到补偿，这是一种较彻底的补偿方式，但对于用电设备多而杂的单位，不适于采用这种补偿方式。

3.2 无功补偿的方法

(1)采用同步电动机补偿:在无调速要求的生产机械上，宜采用同步电动机拖动，同步电动机的补偿能力与所承受的负荷率、激磁电流以及电动机额定功率因数有关。它能够在超前功率因数下运行，输出容性无功功率，提高功率因数。

(2)并联静电电容器补偿:安装静电电容器补偿无功功率，是提高功率因数最常用的技术措施。并联了电容器后，减少了电源与用电设备之间的能量互换，也就是电源能量的互换主要发生在用电设备与电容器之间，因而使供电设备的容量得到充分利用。

(3)合理选配机电设备，使之匹配得当，防止大马拉小车。

(4)带经常性变动和周期性变化负载的电机，应采用调速装置，保证电机出力与负载有最佳的匹配。

(5)减少或限制设备的轻载或空载运行时间，降低无功消耗。

注意在进行补偿时，应防止无功的过补偿。过补偿不仅增加投资，降低补偿的经济效益，而且还恶化电压质量，给电网和用户带来危害。因此，补偿时，必须做到随负荷变化进行调整，最好装设按负荷、电压或功率因数的变化而自动投切的装置，以防止过补偿引起的无功倒送，及因此带来的损失增加、电压升高的危害。

［1］毛建业，原军民，董光明.广播电视发射台应用技术［M］.太原:山西人民出版，2002.