浅谈提高水泥企业电力系统功率因数的方法

张明君

（淮北矿业相山水泥有限责任公司，安徽 淮北 235000）

浅谈提高水泥企业电力系统功率因数的方法

张明君

（淮北矿业相山水泥有限责任公司，安徽 淮北 235000）

在水泥企业供电系统中，衡量其电能利用程度及电气设备使用状况的重要指标便是功率因数。电力系统工作过程中，用户功率因数的高低与电力网中的功率损耗和电能损耗密切相关，且会导致供电线路的电压损失和一定范围内的电压波动，这对于企业节约电能和保证整个供电区域内的供电质量都会产生不利影响。本文从功率因数低对电路的影响入手，介绍并讨论了影响电力系统功率因数的几个重要因素，并针对不同的问题提出了相应的解决措施，指出了提高水泥企业电力系统功率因数的价值和意义。

水泥企业 电力系统 功率因数 无功补偿 提高方法

引言：功率因数是输电过程中视在功率供给有功功率消耗所占百分比，经济的飞速发展使水泥企业对电力的需求不断提高，随之而来的是诸如能源的巨大消耗和资源利用率低下的问题。这些问题无疑会使企业蒙受巨大的损失，因此，能源的合理配置是极需解决的问题。功率因数直接反映了企业电力系统中有功功率与无功功率的分配情况，在电力系统的运行中，功率因数的提高可以提高能源的利用率。因此必须做好无功功率的补偿，才能改善提高用户功率因数，有效地降低电能损失，保障企业效益。

一、影响功率因数的主要因素

对水泥行业的设备无功损耗的特点进行综合分析，可以将影响功率因数的主要因素分为以下几点：

(1) 大量的电感性设备消耗较多的无功功率。在水泥企业中，异步电动机等设备是无功功率的主要消耗者，且在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%，这对电力供应的质量和效率都有很大的影响，只有提高其负载率，防治电动机空载运行，才能更好地改善异步电动机的功率因数。

(2) 变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的 10%～15%，但其空载时的无功功率较高，这就浪费了大量的电能，因此要提高电力系统的功率因数，在变压器的运行方面，不应空载运行或使其长期处于较低负载状态。

(3) 供电电压的波动超出规定范围。考虑到磁路饱和对供电系统的影响，当供电电压超出额定值 10%以上时，会导致无功功率较快增长；同时，若供电电压低于额定值，则会使无功功率减少，相应的功率因数提高，但考虑到企业供电系统正常运行对供电电压稳定性的要求，应当以保持电力系统供电电压稳定为主要措施。

二、功率因数低对电路的影响

2.1不能实现对电源设备容量的充分利用

在电力系统中，提供电能的发电机的设计需要按要求的额定电压和额定电流进行设计。在正常工作状态下，电源功率因数与负载密切联系，即较低的功率因数，导致电源输出的有用功率越小，这就导致电源的部分能量会以无功功率形式在电源和负载之间进行转换，这就导致电源向负载输出的功率减少，电源设备的容量利用率降低。

2.2在供电线路及设备上的损耗增加

若电源的供电电压和输出功率一定， 则功率因数越低，线路损耗越大，即供电线路上的电流与用户所带负载的功率因数成反比，导致在线路上的电压降就越大。由此可见，负载功率因数的提高，不仅是对企业本身经济效益的保证，还是对能源的节约，但是，负载的提高不能对电力系统原有的工作状态产生影响，而可以通过减小无功功率来减少线路损失、改善电压质量、充分发挥企业供电设备的生产能力和工作效率，同时为企业节约电能。

此外，在设备处于较低负载或空载状态下运行时，便会导致大量的无功损耗，致使整个系统的电能损耗增加。无功补偿，就是以局部为主，考虑到整个系统的情况，借助无功补偿设备提供设备所必要的无功功率，来提高电力系统的功率因数，降低设备的能耗，改善电力系统的电压质量。

三、提高功率因数的方法

3.1 无功功率补偿

无功补偿的重点是对补偿方式的选择和补偿容量的确定。首先是对补偿方式的认识， 在水泥企业一般有高压集中补偿、高压就地补偿和低压成组补偿三种方式。

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kv高压母线上的补偿方式。当用户本身产生高压负荷时，会使电力系统的无功消耗相应地减少，并且补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。这种方法运行维护方便，投资少，利用率高，在大中水泥企业中广泛应用。静止式进相器是专为大中型绕线式异步电机节能降耗设计的无功功率就地补偿装置。通过改变转子电流与转子电压的相位关系，改变电机定子电流与电压的相位关系，达到提高电机自身的功率因数和效率，降低电机定子电流和电机自身损耗的目的。低压成组补偿是将移相电容器装设在车间变电所的低压母线上，这种补偿方式补偿范围较大，能够补偿车间变电所低压母线前的车间变电所主变压器和厂内高压配电线及前面电力系统的无功功率，且在实用中经济性较好，运行维护方便。

在完成补偿方式的选择后，需要确定补偿容量，一般根据单负荷就地补偿容量计算方法进行容量计算，对于多负荷补偿容量的选择则需要根据补偿前后的功率因数来确定。另外，补偿电容器的优势在于安装简单、运行稳定可靠、利用率较高。但在电气设备不连续运转或较低负荷下运行时，要注意过分补偿影响电压质量。总之，对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿，即根据负荷大小自动判断投入无功补偿容量的多少。

3.2 提高自然功率因数措施

在不设置任何补偿设备的情况下，可以通过采取措施来减少供电系统中无功功率来提高功率因数，一般性的措施有以下几点：

①调整工艺，改善设备的工作状况，使电能得到最好的利用

②合理使用异步电动机。包括以小电动机代替负荷不足的大电动机、负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数、限制电动机的空载运行、提高电动机的检修质量等方法来减少无功功率损耗，提高功率因数。

③合理使用变压器。对变压器进行合理的更换或调整，负荷较小时切除部分变压器，减少无功功率的需要量，提高自然功率因数；两台变压器并列运行时，若负荷小于临界功率，应单台变压器独立运行，当负荷大于临界功率时，应两台变压器并列运行。

④采用同步电动机提高自然功率因数。

结语：通过无功功率补偿提高功率因数是工业企业电力系统运行过程中一项非常重要的技术措施，提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，可以有效降低系统能耗、节省电费开支、提高设备利用率，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力，保证企业运行的经济性和稳定性。

[1]王君；无功补偿技术对功率因数的影响[J].中小企业管理与科技,2008(13).

[2]徐新；工业企业供电系统功率因数的提高[J].国际电气变压器,2006(08).

[3]陆定安；功率因数与无功补偿[M].上海；上海科学普及出版社，2004.

[4]邢立波；浅谈电网的无功补偿技术[J].科技信息, 2007(12).

TQ172

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1007-6344（2015）02-0006-01

张明君（1989-）男，汉，安徽淮北人，淮北矿业相山水泥有限责任公司，助理工程师，本科学历，机电设备管理方向。