工厂供电系统无功补偿问题的研究

西北民族大学　廖俊学

前言

功率因数是指在交流电路中电压和电流之间相位差角的余弦，在数值上，是有功功率与视在功率之比。功率因数的大小与用户负荷性质有关。在一定有功功率条件下，用户所需感性无功功率越大，余弦值越小，我国四分之三的电能都用于工业生产，若工厂供电系统中功率因数下降，有造成许多的不良影响，比如：（1）造成线路中有功功率和电能的大量损耗；（2）造成相关电气设备的容量不能得以保证，增大了设备容量，不能发挥出它们本有的经济效益。因此，在工厂供电系统中无功功率的补偿就显得非常重要了，对于节能和经济性具有积极性的作用。

1.无功补偿的优点

1.1　节约电能，减少电能损耗

无功补偿存在的意义就是降低电能损耗，当有功功率P和线路传输电压U为定值时，由公式P=UIcos α，电流I和cos α成反比，当对设备进行无功补偿后，cos α变大，电流I减小，又因为PS= I2R，当电流减小时，线路上的损耗也就相应减小了，达到了减少电能损耗的目的。同时，当功率因数提高了以后，变压器的供应能力也会得到增强。比如：一台变压器的额定容量Sn为400KVA，功率因数cos α为0.6，变压器的输出，假设经过无功补偿后功率因数cos α增加到0.9，此时的，变压器的供应能力在原来的基础上整整提升了一半，由此可见无功补偿对于减少电能损耗具有极大的作用。

2.提高功率因数的方法

2.1　提高自然功率因数

在工厂供电系统中，电气设备与仪器的选择也是有要求的，并不是越大越好，应当合理的选择和使用电气设备，减少设备本身工作时所吸收的无功功率，这样的方法就叫提高自然功率因数。当电气设备选择的容量过大时，工作时消耗的无功功率也就越大，若此电气设备常年不能接近或比较接近满载运行，则无功功率损耗较大，导致功率因数和设备效率都会降低，这是非常不合理且不经济的，所以对于电气设备的选择，应尽量使设备工作时的负荷接近设备的额定容量，对于短期运用的电气设备可以在允许的范围内有一点的偏差，但对于长期工作的电气设备应采用同步电动机传动为最好。在工厂供电系统中，提高自然功率因数的方法是最基础也是最容易的。

2.1.1自然功率因数的提高方法

(1)减少设备的空(少)载时间。

(2)尽量用小容量设备的满载来代替大容量设备的轻载。

(3)有可能的话，用同步电动机代替异步电动机。因为在一定条件下，转子电流调大，同步电动机显容性。

2.2　采取人工补偿方法提高功率因数

由于送、配电线路和变压器传输无功功率也会造成电能损耗和电压损耗，使设备的使用效率降低。因此，除了采用提高自然功率因数的方法外，还应用人工补偿的方式对无功功率进行补偿。在工厂供电系统中，电容器是使用的最多和使用的最广泛的一种补偿方法。通常，采用电容器并联的方式来补偿无功功率以达到提高功率因数的目的。

2.2.1电容器补偿的具体实施过程和方法

因为在交流电路中，纯电阻负载的电流IR与电压U是同相位的，纯电感负载的电流IL是滞后于电压90度的，而纯电容负载的电流IC是超前于电压90度的，又由于在工厂供电系统中，绝大部分设备都是显感性的，所以导致总的电流I是滞后于电压一定角度的，功率因数值相对偏低，供电效率低下，所以在实际生产中，通常采用下图的方法。

如图，在负载两端并联上电容器，因为电容中的电流与电感中的电流相位相差180度，因此，它们可以互相抵消，则流过电容器的电流IC会抵消一部分电感电流IL，从而使电感电流减小，使总的电流也减小，但总电流I与电压U之间的夹角会减小，从而使功率因数cos α提高，因此，只要电容选的合适，可以实现电容电流IC恰好把电感电流IL抵消完，使总的电流I显阻性，此时，功率因数cos α最大且等于1。电容器补偿法在工厂供电系统中被普遍用到，它提高了功率因数cos α，减少了供电损耗，提高了供电效率。

I——总电流

U——电压

IL——流过电感的电流

IC——流过电容的电流

IR——流过电阻的电流

2.2.2电容器补偿的具体所需容量及设备台数

P——有功功率

2.2.3电容器的补偿方式

为了提高用户补偿装置的经济效益，减少无功功率的输送，所以在工厂供电系统中，通常补偿方式有高压集中补偿，低压成组补偿和低压个别补偿三种。

（1）集中补偿

在一些大型工厂里，将电容器组接在变电所6kv～10kv的高压母线上，根据变电所总的无功功率来选择电容器组的容量，这种补偿方式的电容利用率很高，能够减少工厂供电系统、用户和输电线这三方的无功功率，保证了供电的高效经济性。

（2）成组补偿

成组补偿既是将电容分别安装在工厂供电车间的低压配电盘的母线上，这种方法在中小型工厂中被广泛应用，因为它具有维修方便，效益经济等优点。

（3）分个补偿

分个补偿就是将电容直接安装在负载两边，虽然这种补偿方式的补偿效果很好，但是并不经济，在每一个设备旁都安装电容，会导致总投资非常大且电容的利用率很低，所以这种方式在工厂中并没有普遍使用，只有在一些特殊场合下有采用它。

3.结论

综上所述，工厂供电系统中无功补偿技术的产生和运用，有效的推动了供电技术的发展，为人类能更方便、更经济、更安全的用电带来了科技动力，如今，工厂供电的无功补偿技术更加成熟化、智能化和多元化且无功补偿的技术能满足人们日益增长的用电需求。在本文中首先对无功补偿的优点进行了阐述，分析了提高功率因数的方法和具体实施的过程以及能实现无功补偿的原理等方面

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