关于改善供电功率因数分析

邝镜垣

摘 要：电力系统作为居民生产生活的主要动力来源，对国家经济正常发展起着重要作用。电网供电功率因数的大小对于整个电力系统的经济运行和安全运行具有重要的意义，对于提高功率因数的探讨日益受到人们的关注。本文对提高供电功率因数的意义进行了说明，分析了影响功率因数变化的几个主要因素同时介绍了改善功率因数的方法和措施。

关键词：功率因数；功率补偿；电能质量

中图分类号：TM71 文献标识码：A

概述

近年来我国经济取得了飞速发展，于此同时对电力系统的供电能力的要求也随之提高。功率因数作为电网供电能力的重要指标之一，在社会的安全生产中的作用变的越来越大。供电功率因数的提高能够有效的降低输电线路上的电能损耗和有功功率的损耗。它直接影响到相关电力用户正常的生产活动甚至影响到人们的生命健康，所以本文分析了影响影响供电功率因数变化的几个主要因素并提出了提高功率因数的相关措施。

1 功率因数提高的意义

现阶段我国绝大多数的大型设备使用的是交流电，这些设备的有功功率根据公式（1）计算

P=UIcosφ （1）

上式中P代表有功功率，U代表线路的线电压，I代表线路电流，cosφ代表的就是功率因数。现在电网上 的绝大多数的设备是感性负载，从而造成功率因数小于1，另外功率因数的大小和电源的类型无关，它的大小只取决于设备本身的相关参数。

如果负荷的功率因数过低，将导致电源的容量得不到有效的利用并且将增大输电线路上的有功功率线损和电压损耗，使得电力用户和电网的运行成本都会增加，不利于降低生产成本。电源的容量一般使用视在功率S=UI进行表示，但是电源输出的有功功率使用P=UIcosφ进行表示，当功率因数cosφ过低时，输出的有功功率相应的也就降低，大大的降低了电源容量的 有效使用率。另外，线路的电压损耗一般使用公式（2）进行表示

ΔU= （2）

由公式（2）可知，当负荷的有功功率是固定的前提下，如果功率因数过低将使得无功功率Q增加从而导致输电线路电压损耗增加。如果线路损耗过大使得导线过热将导致线路出现故障。

2 影响功率因数几个主要的因素

功率因数问题主要是电力设备在正常的工作过程中会产生一定数量的无功功率，无功功率的产生一般和以下几个因素有关：

2.1 电网输电线路上存在大量的感性负荷

随着生产技术的进步电力变压器和异步电动机的使用越来越多，但是两者的物理模型都是感性模型。电力变压器在进行调压变压的过程中，变压器内两个线圈能量的是通过变化的磁场进行传递的，磁场的建立和维持是无功功率存在的结果，一般而言电力变压器的无功功率一般占总功率的10%左右。对于异步电动机而言，电机中旋转磁场的建立和维持同样要依赖于无功功率，无功功率的大小取决于电机转子和定子直接的间隙。通过统计数据发现异步电动机无功功率的损耗占到工厂总无功功率的65%左右，占的比例非常的大。

2.2 变频器工作对功率因数的影响

现在很多的工厂为了节约电能和成本，普遍都安装了变频器对电机等设备根据实际的需求进行调速。但是变频器在工作时会产生大量的谐波，谐波的产生对负荷的绝缘造成一定的威胁，同时变频器在工作过程中会消耗掉大量的无功功率，从而导致功率因数的降低，甚至导致相关设备无法正常的工作。

2.3 供电电压和线路损耗对功率因数的影响

电网的供电电压一般在一个范围内变化，当设备的输入电压高于其额定电压时，就会造成磁路饱和，最终导致无功功率快速增加。然而当设备的输入电压低于其额定电压时会时设备无法正常的工作。另外，输电线路中流过电流时会产生一定的电抗，从而使得线路上出现一定数量的无功功率损耗。

3 改善供电功率因数的措施

改善供电功率因数问题的实质就是减少用电负荷的无功功率总量，使有功功率增加。具体而言一般从无功功率补偿和提高自然功率因数两方面采取措施。

3.1 采用无功功率补偿装置

由于平时电网中的负荷是感性的负荷，因此无功功率补偿的原理就是使用容性的负荷，利用感性无功和容性无功相反的特性对电网的无功功率进行补偿。现阶段一般采用同步调相机、同步电动机和并联电容器等设备对无功功率进行补偿。需要补偿无功功率的计算使用公式（3）进行表示

在上式（3）中代表补偿前的功率因数，代表的是补偿后要达到的目标功率因数，目标补偿因数一般是在0.9-0.95之间，需要并联的电容容量通过计算得到。

无功功率补偿按电压划分可以分为高压补偿和低压补偿两种。高压补偿通常是在变电站的高压侧进行补偿无功功率，并且只能对补偿点前面的无功功率进行补偿，而无法对补偿点后面的无功功率进行补偿。低压补偿是指对电网输电线路和负载设备进行的直接补偿，现阶段低压补偿的效果比高压补偿的效果好，因此使用的比较广泛。低压补偿分为集中补偿、就地补偿和分散补偿三种。

集中补偿是指将补偿装置装在配电室的输出母线上对无功功率进行集中补偿。这种补偿方式适用于用电负荷比较大而且集中，无功功率补偿量比较大的场合。这种补偿方式对电容器的利用率比较高，可以减小输电线路的无功负荷，同时补偿的效益高便于补偿设备的保养和维修。

就地补偿是指将相关的补偿装置直接安放在负荷旁边对设备进行直接的无功补偿。补偿电容器设备和负荷的供电回路并联，从而达到提高供电功率因数的目的。这种补偿方式的补偿效果好但是它的利用率比较低一般适合于长期工作且对无功功率消耗比较大的设备。

分散补偿是指将无功功率补偿设备按照无功功率在输电线路上的分布安装在相应的低压母线上，从而形成对无功功率的分散补偿。这种补偿方式比较适合于负荷分布比较零散的地区，它能够有效的对无功功率进行补偿而且补偿效果比较好，但是由于补偿设备比较分散不利于相关设备的保养和维修。

要实现有效的无功功率补偿最好是能够实时的对补偿量进行控制即能够实现无功补偿的实时可调。现阶段比较常用的补偿设备主要有并联电容器、同步调相机、静止无功补偿器和静止无功发生器。

3.2 提高自然功率因数

提高自然功率因数一般要从以下几个方面进行改进：

3.2.1 由上文的分析可知，异步电动机的大量使用是降低功率因数的主要原因之一。因此在采购异步电动机的时候要合理的选择电动机的容量以及型号，使异步电机尽量工作在满载运行状态，防止出现“大马拉小车”的现象。另外，如果条件允许的情况下要使用一定量的同步电动机去代替异步电动机。

3.2.2 工厂应当合理的安排自己的工艺流程和生产线，提高相关设备的有效使用率，限制像数控车床、机床电机和电焊机等大功率设备的空载运行。

3.2.3 尽量使电力变压器工作在接近满载的状态，一般而言变压器的工作负荷占设计容量的95%运行时，设备的工作效率最高对设备的寿命影响最小。要防止变压器长期工作在低负载甚至是空载运行状态。

结语

本文重点分析了影响功率因数变化的几个主要因素并且介绍了提高供电功率因数的方法和措施改善提高供电功率因数是一个非常值得研究的课题，提高供电功率因数不仅能够降低无功功率的损耗节约电能，更能降低企业的生产成本，在中国企业依然处于经济寒冬的现在，对于生产成本的控制直接影响到企业的生存。。

参考文献

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[3]刘连光，林峰，姚宝琪.机电一体开关低压无功补偿装置的开发和应用[J].电力自动化设备，2003（23）：46-48.