浅谈如何减少无功功率提高功率因数

刘小燕

摘 要：通过减少无功功率，提高电力系统功率因数，确保供电质量和效率是当前电力企业的重要任务。文章详细阐述了影响电力系统功率因数的主要原因，并对提高电力系统功率因数的主要方法进行介绍，最后讨论了无功补偿的主要方式。

关键词：功率因数；有功功率；无功功率；无功补偿

引言

电力是当前人类社会发展经济和居住生活活动中使用的主要能源种类。随着环保和资源压力的增大，电力利用效率的问题日渐引起人们的关注。功率因数是电网运行过程中衡量电能供应效率的重要指标，是电力线路中有功功率在总功率中占据的比例，通常以百分比表示。功率因素越大，电力线路中有功功率在总功率中所占比例就越高，与之对应的无功功率就越低，电网供电效率就越好。功率因素的大小对电网运行情况影响重大，提高功率因素，减少无功消耗，是改善电网整体运行状况，提高电力系统设备利用效能的重要途径。

1 功率因数发生改变的主要原因

电力线路中之所以有功率因数这个概念，主要是因为交流电设备在运行过程中，部分电能没有发挥作用，没有做功，而是被白白消耗掉了。这部分没有做功的电能对应的功率称之为无功功率。功率因数就是为了评价电能做功情况，即电能使用效率而出现的。电网中导致无功功率产生的主要原因有以下两种：

第一种是由异步电动机和电力变压器等电力设备产生的感性无功电流。定子与转子间气隙的存在，致使异步电动机工作状态下会产生一部分无功。异步电动机产生的无功功率可以分为空载时的无功功率和承受一定量载荷情况下无功功率增加值两个部分。因此，提高异步电动机功率因数就要从这两个方面着手，即避免异步电动机空载运行及尽量提高电动机载荷，使电动机接近满负荷运行。变压器的无功功率则主要是指其空载状态下的无功功率，而不受变压器载荷大小影响所以，要提高变压器功率因数，就要避免变压器长期空载运行。

第二种是供电电压超出电力设备额定电压。从实际数据上看，一旦供电电压超过额定标准十分之一，设备就会达到磁路饱和状态，从而导致无功功率迅速提高。数据显示，供电电压超过额定标准十分之一，对应的无功功率会提高约三分之一。而当供电电压低于额定值时，功率因数会有所提高，但这种情况对以电气设备的正常运转不利。

2 提高電力系统功率因数的方法和途径

功率因数的高低，不仅关系到电能利用效率，对于提高电力其余生产效能，改善电网运行状态，稳定电压，提高用户用电设备的工作效率和为用户节约电能也有着极为重要的作用。因此，当前各大电力企业都将提高功率因数，减少无功功率作为重点研究课题和日常工作的重要任务来抓。现阶段提高功率因数，确保电力使用效率的方法一般有以下几种。

2.1 促进系统自然功率的提升

提高电力设备功率因数的一个主要途径是在不增加功率补偿设备的前提下，单纯降低用电设备负载状态下的无功消耗，提高有功占据比例，从而使得系统自然功率提高。该方法对于补偿设备没有需求，具有投入资金少，经济效益佳的特点。提高系统自然功率的方法主要有以下几项措施：一是通过对供电或用电设备生产工艺的调整优化，使得电气设备的运转状况进一步得以改善，从而提高电能使用效率。二是提高异步电动机和变压器使用的科学化、规范化水平，提高电气设备运行经济效益。三是通过对变流设备的科学设计和正确选用，确保直流设备电力供应和励磁质量，以硅整流或晶闸管整流装置代替变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。四是对电动机及电焊机等设备的空载情况加以控制，目前普遍采用安装空载断电装置，当空载率大于百分之五十时予以断电处理的方法。五是满足工作要求的情况下，将异步电动机改为同步电动机，二者容量应相同，或者对负荷率小于等于0.7并且最大负荷小于等于90%的绕组式异步电动机实施异步电动机同步化，即当绕线式异步电动机在启动完毕后，向转子三相绕组中送入直流励磁，从而达到异步电动机和同步电动机运转情况基本相同的目标。在过励磁的情况下，电动机可向电网送出无功功率，从而达到改善功率因数的目的。

2.2 通过人工补偿方式加以调整

2.2.1 使用静电电容进行补偿。一直以来，国内外都普遍把加装无功补偿电容器作为解决无功功率补偿问题的主要方法。电容器与网络感性负荷以并联方式连接，这种方法使系统结构更为简单，投入成本较少，但由于阻抗不变，所以补偿效果一定，不能进行动态补偿。

2.2.2 随着电力设施及其运转情况的不断复杂化，无功补偿的动态化成为必然的要求。在大型用电单位，用电设备电容量巨大，设备运行过程中反复发生载荷短时间内的大幅变化。对于这种情况，传统的调相机或固定电容器已经无法适应补偿要求，必须采用动态无功补偿。当前有一种新型的动态无功补偿设备叫做静止无功补偿器。这种装置对于电力系统电压稳定性、确保电网运行质量、加快动态补偿速度和改善设备性能等都有着非常良好的效果。现在最为先进的静止型无功补偿装置是采用自换相变流电路的静止无功发生器（高级静止无功补偿器）。

3 当前无功补偿主要方式

电力设备应用环境广泛，针对不同的工作条件，无功补偿的方式也有所不同。常见的有变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿和用户终端分散补偿等多种方式。

3.1 变电站集中补偿

变电器集中补偿主要是为了提高输电网络功率因数，以及提高终端变电所电压和补偿主变压器无功损耗。由于各补偿装置与变电站10千伏母线相连接，从而使得补偿系统更加便于管理，维护更加简单。其不足之处是不能实现对配电网损耗的控制。一般情况下，无功补偿装置与有载调压抽头联合使用，已达到控制电压和无功补偿的目的。

3.2 低压集中补偿

以配电变压器380伏侧为载体进行无功补偿是当前我国电力行业常用的第二种无功补偿方式。该方法以低压并联电容器柜为工具，通过对用户负荷的变化进行针对性的电容器投入达到跟踪补偿的目的。该方法主要用于对专用变压器用户功率因数的提高，由于是就地补偿，所以在一定程度上有利于减少配电网和配电变的损耗。

3.3 杆上补偿

该方法是为弥补公用变压器低压补偿缺位而设立的。通过在架空线路塔杆安装10kV户外并联电容器达到提高配电网功率因数，提升电压降低损耗的目的。该方法的优点是补偿效率高，投资规模小及方便管理维护，对于功率因数较低且负荷较重的长配电线路较为适合。缺点是不具备动态补偿功能。

3.4 用户终端分散补偿

该方法的优点是降低线损率，保障用电设备启动和运行环境，改善系统供电水平。缺点是设备闲置情况较多。常见的用户终端补偿有随机补偿、随器补偿、跟踪补偿三种类型。

4 结束语

随着现代工业化生产水平的进一步提高，电力事业必将迎来更加繁荣的发展阶段。受系统设备使用效率和安全稳定方面要求的影响，电力系统功率因数的提高已经成为必然。通过无功补偿改善系统功率因数是当前电力企业普遍采用的方法。我国正处于经济高速发展的重要阶段，确保电网安全稳定和电力利用效率意义重大。电力企业要把提高功率因数作为一项重要任务来抓，不断加大研究投入，推动无功补偿技术发展，实现系统经济效益和安全效益的最大化，为电网安全、稳定、高效运行做出保障。

参考文献

[1]无功功率的最佳补偿容量[J].电力电容器，2001，3：18-20.