浅谈工厂中提高功率因数的措施

王 丹

(辽宁本溪本钢北营动力厂，辽宁 本溪 117000)

浅谈工厂中提高功率因数的措施

王 丹

(辽宁本溪本钢北营动力厂，辽宁 本溪 117000)

分析了造成供电系统功率因数偏低的主要因素，概述了提高功率因数的重要意义，介绍了提高功率因数的基本方法，并对近年来人工补偿无功功率的先进手段进行了简要说明。

功率因数；有功功率；无功补偿

0 引言

功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标。提高功率因数，对厂矿企业减少能源浪费，降低成本消耗，改善电网质量具有特别重要的意义。在电力系统中，用户功率因数直接关系到供电线路的电压损失和电压波动，以及电能的节约和整个供电区域的供电质量。对广大厂矿企业来说，功率因数是关系到电能质量和电网安全、经济运行的一个重要问题，应予以充分重视。

1 功率因数的定义

在交流电路中，电压与电流之间相位差(φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosφ表示；在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosφ=P/S。简要来说就是对电能的利用率。

2 影响功率因数的主要因素

(1) 大量的感性设备，如异步电机、感应电炉、交流电焊机等，是无功功率的主要消耗者。

(2) 变压器作为厂矿中重要的供配电设备，其产生的无功功率同样是影响功率因数的主要因素，尤其是大容量变压器，消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3[1]。

(3) 系统电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快。同时，电压过高对电气设备使用寿命以及绝缘性能等有较大危害。

(4) 用电设备自身特性。由于各种用电设备的自身特性不同，电压与电流之间的相位关系大不相同，所以设备自身特性直接影响系统功率因数。

3 提高功率因数的重要意义

(1) 提高电能质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。

(2) 可节约电能，减少无功损耗，降低生产成本，减少企业的电费开支。

(3) 能提高企业用电设备的使用效率，充分发挥企业的设备潜力。

(4) 可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。由于线路使用的导线存在着电阻，电流通过线路时，线路自身要产生有功功率损耗，该有功功率损耗又与电流平方成正比，线路在输送一定的有功功率时，线路的电流又与功率因数成正比。所以，线路在输送一定的有功功率时，其自身产生的有功功率损耗与功率因数的平方成反比，故提高功率因数就能降低线路的有功功率损耗。

(5) 可改善变压器运行效率，减少无功损耗，提高变压器出力。由于变压器在输出一定有功功率时，其需用容量(视在功率)与变压器的功率因数成反比，所以当变压器输出一定有功功率时，功率因数提高就能减少变压器的需用容量，从而提高变压器的供电能力。

4 改善功率因数的措施

(1) 减小电机的空载损耗。感应电机的空载损耗主要是无功功率损耗，因为电机在轻载或空载时功率因数很低，所以，要正确选择异步电机的容量，容量不能过大，尽可能满载运行，避免“大马拉小车”的现象发生。

(2) 提高感应设备的检修质量。感应设备的检修质量对功率因数影响很大，所以检修感应设备时，应保证原来的各项参数不变，使检修后电机的效率、功率因数不低于原来出厂时的标准。

(3) 电力变压器不宜长期轻载、空载运行。变压器空载运行会使用电增加，对整个系统来说会增加线损，增加运行成本。变压器相当于感性负荷，也会消耗一些系统无功。电力变压器的容量也不宜选择太大，因为对高压电网来说，变压器是高压电网的负载，也有提高功率因数的问题。若变压器轻载运行，当负荷率小于额定容量60%时，一次侧的功率因数就显著下降，可达11%～18%。因此，电力变压器在负荷率为60%以上时，运行才比较经济。正常情况下80%比较合适。

图1为正常情况下变压器效率与功率因数之间的关系曲线[2]。

图1 变压器效率与功率因数关系曲线

(4) 合理安排工艺流程。在生产过程中，尤其是工程新建以及设备调试期间，应避免电气设备的空载运行时间过长，要合理安排好工艺流程，减少电能损耗。

(5) 加强电力设备管理，准确掌握系统负荷变化情况，及时调控无功补偿设备。在生产过程中，由于系统负荷波动较大，应准确掌握系统用电情况，根据功率因数的变化，及时调控厂矿所设有的无功补偿设备，如SVC无功补偿设备、并联电容器等，避免功率因数过低以及过补偿现象发生。

另外，可通过人工补偿无功功率来提高功率因数。表1为本厂部分变电所电容器补偿前后功率因数变化情况。

表1 功率因数变化情况表

注：仅供参考，依据负荷不同而变化。

目前，大多厂矿采用并联电容器补偿无功功率，即在感性负载两端并联适当容量的电容器，由于电容器产生容性无功，利用它的无功功率来补偿用电设备的感性无功功率。

在许多厂矿中仍采用落后的固定式电容补偿，即并联电容器的容量一定，投入补偿时，将电容器的全部容量投入，不能依据系统负荷变化而变化，缺乏一定的灵活性，不能自动调节，经常会出现过补和欠补现象，造成系统功率因数波动较大，严重时甚至会引起电力系统谐振，损坏设备，影响生产，更容易造成电容器运行中过电压、过电流、使用寿命减短等问题。

随着电力行业的快速发展，近几年研究开发了新的无功补偿装置——变电站无功自动调节装置。它从调节手段突破，不采用电容器投切方法，而是利用调节电容器端电压改变输出容量，电容器前端增设可调压变压器，利用补偿无功Q=2πfCU2的原理，改变电容器输入电压，从而改变系统无功补偿量；还有一种是静止式动态无功补偿装置(SVC)，即电容器提供固定的容性无功Qc，通过可控硅导通角改变电抗器输入电流，补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小，感性无功和容性无功相抵消，只要能做到系统无功Qn=Qv(系统所需)-Qc+QTCR=常数，则能实现电网功率因数=常数，据此改变系统无功补偿量，从而解决了电容器运行中的过电压、涌流等问题，改投切的滞后调节为实时调节。目前，变电站电压自动调节装置的推广应用使电压无功管理水平大大提高，可大幅度降低线损，提高厂矿企业的经济效益。其可以实现适时调节，而且保证电容器永远运行在额定电压以下，确保电容器使用安全，延长了其使用寿命。电容器固定接入不分组，而其输出容量可连续调节。

5 结语

通过上面的分析可以看出，提高功率因数对节约电能、降低损耗、提高变配电设备的供电能力是极其有利的。本文主要讨论了低功率因数对电力系统的不利表现，分析了厂矿企业功率因数低的主要原因，在此基础上着重研究了提高功率因数的方法和人工补偿无功功率的手段，并分析了提高功率因数对电力系统的重要意义。总之，提高功率因数必然对国家能源的利用、企业的经济效益起到积极作用，是保证电力系统电能质量、电压质量，降低网络损耗，保障安全运行不可或缺的条件，它不仅能够减少电费开支，提高企业自身的经济效益，而且能够为国家节约资源。因此，应根据不同情况采取相应措施来提高厂矿企业的功率因数，降低无功损耗，从而提高经济效益。

[1]熊信银.发电厂电气部分[M].中国电力出版社，2004

[2]薛素旭，白会芳，郭伟华.煤矿企业提高功率因数的实践与运用[J].东方企业文化，2011(10)

2014-06-20

王丹(1982—)，女，辽宁本溪人，助理工程师，研究方向：提高功率因数的意义。