浅谈企业提高功率因数的意义和方法

摘 要：根据功率因数的特性，本文介绍了企业用电过程中功率因数过低的主要原因。阐述了提高功率因数对节约电源容量、降低线路损耗的意义，并提出了改善功率因数的方法。

关键词：功率因数；有功功率；电容器

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0039-02

引 言

随着我国经济的发展，企业对电力需求不断提高，与此同时带来的突出问题是能源的利用率较低，耗费了大量的资源。在供电系统中，功率因数是系统经济效益的重要因素。功率因数低，用电设备的有功功率将减小，电源利用率将降低。反之，电源利用率能增加，线路损耗减少，减少企业的电费开支。

1 功率因数的定义

在企业的用电设备中，电动机及其它带有线圈的设备占有很高的比例，这类设备除了需要电网提供一部分功率P（称为有功功率））作有功用外，还需要耗用一部分功率Q（称为无功功率）用来建立线圈磁场。功率因数cos？准就是反映有功功率在总电功率S（称为视在功率）中所占的比例。企业实际用电时，我们希望功率因数越大越好，这样电网中的视在功率将大部分用来给设备供给有功功率，从而减少发电机无功功率的输出，提高发电机的利用率。

功率因数的计算方式如下：

S= =cos？准

2 影响功率因数的主要因素

2.1 大量的感性设备

电网运行的设备中，无功功率最大的来源是感应电炉、交流电焊机、异步电机等设备。其中感应电炉在保温时的无功功率较大；在加热时，需要的无功功率较小。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成的。

2.2 变压器

变压器在空载运行时需要消耗无功功率，它的无功消耗不随它和负载率的变化而变化。因而，为了提高功率因数，应减少变压器空载运行时间。

2.3 系统供电电压

系统电压超出规定范围也会对功率因数造成一定的影响。根据数据统计，当系统电压高于额定值的10%时，受磁路饱和的作用，无功功率将快速增长。

3 提高功率因数的意义

3.1 提高功率因数可改善电压质量

提高功率因数可减少线路和变压器的电压损失，提高电压质量。我们采用功率三角形计算法，电路在并联电容前后的功率三角形，如图1所示。

U——线路额定电压（kV）；

P——输送的有功功率（kW）；

Q——输送的无功功率（kVar）；

P'——并联电容后输送的有功功率（kW）；

Q'——并联电容后输送的无功功率（kVar）；

R——线路电阻（Ω）；

X——线路的电抗（Ω）；

Qc——并联电容器提供的无功功率（kVar）；

线路电压损失计算公式：△U=（PR+QX）/U。

并联电容器后，线路中无功功率为Q'=Q-Qc，所以线路中电压损失为：△U1={（PR+（Q-QC）·X）}/u。

很明显△U1<△U，即安装并联电容器后电压损失减少了，线路电压提高了。由于越靠近线路末端线路电抗X越大，因此从上式看出越靠近线路末端并联电容器，效果越好。

3.2 提高功率因数可降低供电设备容量和投资。

例如某企业有功负荷为800kW，功率因数为0.65时，视在功率为1230kVA，需选用1600kVA/10kV变压器。如果将功率因数提高到0.9，视在功率为888kVA，此时仅需要选择1000kVA或者1250kVA的变压器即可满足供电需求，仅此项就可节约600kVA变压器的投资。

3.3 提高功率因数可降低电能损耗

并联电容器提高功率因数，主要是为了降损节能。由于线路和变压器的功率损耗与通过的电流平方成正比即：

△P=3I R=3 ·R

在系统负载有功功率不变的条件下，ΔP则与cos？准成反比。并联电容器后，随着cos？准的增加，ΔP就会减小，电能损耗就会减少。

3.4 提高功率因数可以减少企业电费支出

提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，根据《供电营业规则》，对企业的功率因数规定了不同数值时的电费制度。

由表1可以看出当功率因数在0.90～0.94之间的时候，功率因数每增加1%，每月的电费可以减少0.15%。当功率因数小于0.90以后，每减少1%，每月的电费却要增加0.5%，因此可知提高功率因数对企业的直接经济效益是十分明显的。

4 提高功率因数的途径

4.1 合理选择设备，提高自然功率因数

提高自然功率因数是最经济的方法。它不需要增加投资，也不添置补偿设备，仅仅是通过合理的选择功率因数较高的用电设备来降低无功功率。

4.1.1 合理使用电动机

电动机长期处于低负载下运行时，无功功率较大，功率因数较低，且电机的效率也较差。所以，合理选用电动机的型号、规格和容量，使其能满载运行，可以改善企业的功率因数。

4.1.2 提高异步电动机的检修质量

实验表明，检修时重点维修和调整异步电动机定子绕组匝数、电动机定子和转子间的气隙能有效降低异步电动机的无功功率。

4.1.3 采用同步电动机或异步电动机同步运行提高功率因数

同步电动机所带机械负荷的大小就是同步电动机消耗的有功功率。而无功功率的大小主要由转子中的励磁电流大小决定。在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功功率，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功功率。因此，要使电机处于过激状态，我们只需调节电机的励磁电流，就可以使同步电机的定子绕组向电网“送出”无功功率，从而提高企业的功率因数，减少电网输送给企业的无功功率。异步电动机同步运行也被称为“异步电动机同步化”。我们将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，即可达到同步电动机的效果，然后再采用和同步电机相同的方式向电网“送出”无功功率。

4.1.4 合理选择变压器容量，更改变电所的运行方式

我们通常采用“撤、换、并、停”等方法，对变电所内负载率比较低的变压器进行调整，提高其负载率，从而改善电网的功率因数。

4.2 装设电容补偿方式

4.2.1 并联电容的计算

电容作为储能元件，主要担负着与外部交换能量的作用，本身不消耗能量。因此，并联电容后电路的无功功率比会减少，有功功率不变。根据图1，可列出电容计算公式如下。

Q-Q'=Qc

由功率三角形还可得出：

Q=Ptan？准 Q'=Ptan？准' Qc=U2？棕C

根据上述公式可计算出补偿电容值：

C= （tan？准-tan？准 ）

从图1可看出，并联电容前后电路的无功功率的变化量即为电容的容量。

4.2.2 无功补偿装置的选择

根据无功补偿装置在工厂供电系统中的安装位置，通常有高压集中补偿、低压集中补偿、单独就地补偿三种方式。

高压集中补偿在大中型工厂普遍应用。这种补偿方式是将无功补偿装置集中装设在变配电所的10kV母线上，此种补偿方式初期投资较少，便于集中维护，使工厂总功率因数提高，但是，只能补偿10kV母线前（电源方向）所有线路上的无功功率，所以经济效果较后两种补偿方式差。

低压集中补偿，比较经济，在工厂中普遍应用。这种补偿是将无功补偿装置装设在车间变电所的低压母线上。其补偿范围较大。能补偿车间变电所主变压器的无功功率，从而减小变压器的视在功率，减少变压器的容量，节省企业投资，而且它安装在变电所低压配电室内，运行维护方便。

单独就地补偿，又称个别补偿。它的补偿范围最大，效果也较好。适用于经常运转而容量又大的设备，如大功率异步电动机、中频高频电炉等。这种方式是将无功补偿装置分散地装设在各个车间用电设备附近。但是这种补偿方式总设备投资较大，且无功补偿装置在用电设备停止工作时，也被切除，所以利用率不高。

5 结 语

通过以上分析可以看出，增加无功补偿，提高功率因数，对于节约电能，降低损耗，提高变配电设备的供电能力是极其有利的。合理配置无功功率补偿装置，对降低生产成本，提高经效益有着重要的作用。

参考文献

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收稿日期：2018-3-25