浅谈功率因数如何提高以及节能

张道品

摘 要：功率效率的变化影响到整个电网系统的能力以及电网中相关设备的能力，也会直接影响到整个电网的损耗。文章以理论分析的方式对增加功率进行分析，进而提高整个电网工作能力，节省电量，减低电网损耗，提高电力系统运行效率。

关键词：功率的因数；无功补偿；节省电量

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0107-02

在农村地区分布的电网，电量的负载荷主要在生活照明、以及较小的工厂方面使用，这些用功消耗大都为感性的负载荷，用的功率都很小，但相对与电网的成本投入比较，是不经济的。面对这些问题，应该增加无功补偿器，这样可以提高整个电网的功率以及效率，最终能够节省电力资源，还能减少电量的损失。

1 提升功率的因数

①通过改善功率的因素变化曲线，减少电力设备的使用，例如：电线、变压器等。这样可以减少电网的投资成本，节省电力的资源。

②藉由良好功因值的确保，减低电网中的电源浪费，而且能使整个电网的负载降低，升高电力的质量。如110 kV以下的线路，其电压损失可近似为：△U （PRQX）/Ue，其中，△U为线路的电压损失，kV；Ue为线路的额定电压，kV；P为线路输送的有功功率，kW；Q为线路输送的无功功率，kvar；R为线路电阻；X为线路电抗。

由上式可见，当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少，从而改善了用户的电压质量。

③能够增加电网系统的涨幅度，尽力挖掘各个设备的能力。在现有的设备中，添设了电容器，就可以提升因数，进一步提升负载荷的容量。

2 功率因数与无功功率的关系

在交流电路中，电压与电流之间的相位差（φ）的余弦叫做功率因素（Power Factor），用符号cos表示，在数值上，功率的因数曲线图是为了显示有功消耗、以及视在消耗的功率的关联，cosφ呈现出来为：

cosφ=p/s（1）

电力设备的需要的功率中，有功以及无功的关联显示为：

Q=S×sinφ（2）

综上式（1）、（2）得出：

Q=P×tgφ（3）

得出功率的因数由cosφ1变化至cosφ2，所要无功补偿的容量是：

Qc=P（tgφ1-tgφ2）（4）

式中，P为用电设施的有用功功率，kW；Q表示用电设施在不变的功率因数时所需求无功功率，kvar；Qc当功率因数从cosφ1上升到cosφ2时那么无功的补偿容量也要增加，kvar；补偿前的功率的因数角用φ1表示，φ2则表示补偿以后的因数角。

在式（4）中可以得出要想使功率因数变大，一定要使无功功率变小并且把补偿设备的数量变大从静电容器的特点出发，因其具有轻便、易安装、能量损失少、维护方便并且可以自动投切等优点。所以目前大部分采用的都是通过静电容器来使功率因数变大的方法。

3 变压器的功率因数和有功功率损耗的关系

变压器在工作时，在提供额定的有功功率的情况下，变压器的铜损消耗掉的电能和其载荷的视在功率的二次方存在着成反比的关系表示如下：

s=p/cosφ（5）

功率因数变大前其铜损耗的表示：

Pt1=（S1/Se）2Pk=[P/（Secosφ1）]2Pk（6）

功率因数变大后其铜损耗的表示：

Pt2=（S2/Se）2Pk=[P/（Secosφ2）]2Pk（7）

式中，S代表变压器的对外提供的视在功率，kVA；增大功率因数的前后其视在功率分别用S1和S2表示，kVA；P表示变压器提供的有功功率，kW；变压器的额定铜损消耗用Pk表示，kW；Pt1和Pt2分别表示变压器的功率因数被增大前后的铜损消耗，kW；Se表示额定容量，kVA；cosφ1和cosφ2表示功率因数的值在提高前后的大小。

因此在功率因数变化下，变压器在铜损消耗上的下降用百分数表示如下：

η=[（Pt1-Pt2）/Pt1]×100%=[1-（cosφ1/cosφ2）2]×100% （8）

4 增大功率因数的主要办法

如何降低电力系统各组成部分无功功率的消耗是增大功率因数的主要办法，尤其是在负载方面消耗的功率的减少，让电力系统在提供有功功率的时候，减少无功电流在这过程中所的消耗。有很多种方法可以用来提高功率因素，以下介绍两种。

4.1 如何提高自然功率因数

改善用电设备的功率因数和降低用电设备的无功功率的方法，就是提高自然功率因数的方法，主要有以下几点：

①正确选用异步电动机，使其额定容量与所带负载相配合，对于改善功率因数是十分重要的。在选型方面，要注意选用节能型，淘汰高能耗的电动机，并依据电机机械工作对启动力矩、启动次数、调速等方面的具体要求，选用不同的型号。电动机的效率η与功率因数cosφ是反映电动机经济运行水平的主要指标，都与负载率β有密切关系。GB/T12497-90对三相异步电机三个运行区域规定如下：当负载率β在70%～100%之间时，为经济运行区；当40%≤β≤70%时，为一般运行区；当β<40%时，为非经济运行区。

②根据负荷选用相匹配的变压器。电力变压器一次侧功率因数不但与负荷的功率因数有关，而且与负荷率有关。若变压器满载运行，一次侧功率因数仅比二次侧降低约3%～5%；若变压器轻载运行，当负荷小于0.6时，一次侧功率因数就显著下降，下降达11%～18%，所以电力变压器的负荷率在0.6以上运行时才较经济，一般应在60%～70%比较合适。为了充分利用设备和提高功率因数，电力变压器一般不宜作轻载运行。当电力变压器负荷率小于30%时，应当更换成容量较小的变压器。

4.2 如何用补偿方法提高功率因数

运用补偿的方法提高功率因数就是通过发电组提供无功功率设备所消耗的无功功率，以提高功率因数。然而，必须要通过增加黑色金属、有色金属的供应量和增加新设备的方法来提高功率因数。除此之外，因为补偿设备工作时也会有功率损失，如何提高自然功率的因数才是重中之重。但是如果功率因数太小而不足以达到相关规范所要求的数值时，对功率因素的提高，就要采用专门的补偿性方法。通过人工的方式对无功功率进行补偿的方法有：采用同步电动机、应用静电电容器和通过同步调相机进行补偿这三种方法。

5 结 语

通过对上述情况的分析，得出了如下结论：提高功率因数无论对用电设备还是用电者都有很大价值。它能节约电能、降低损耗，不仅如此，而且对国家的能源利用、企业的经济效益起到促进作用，是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的条件。应根据不同情况采取相应措施来提高功率因数，降低无功损耗，从而提高经济效益。尤其是对于当下正在进行的农村电网的建设和改造来讲，不仅要按相关规定的要求进行勘察、按照施工要求进行设计和施工，而且要根据农村用电荷的主要特点，在进行农村电网建设和改造的同时进行无功补偿设备的安装和建设。

参考文献：

[1] 贾春叶.低压配电网功率因数对供电企业的影响[J].科技情报开发与经济，2012，（19）.