談談提高功率因數的應用

黎嵐

【摘要】提高功率因數，對整個電網的電壓和降損都有著重要的現實意義。應按照“全面規劃，合理布局，分級補償，就地平衡”的原理，進行最經濟最合理地配置和管理。從而取得最大經濟效益。整個電網系統要在搞好規劃，技術的前提下，才能提高電網運行的經濟效益和水平，才能更好地保證廣大用戶的用電質量。本文主要介紹了功率因數的影響因素以及應用，特別是無功補償技術的應用。

【關鍵詞】功率因數 提高應用

前言

功率因數是指電力網中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分數。在電力網的運行中，我們所希望的是功率因數越大越好，如能做到這一點，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的消耗。用戶功率因數的高低，對于電力系統發、供、用電設備的充分利用，有著顯著的影響。適當提高用戶的功率因數，不但可以充分的發揮發、供電設備的生產能力、減少線路損失、改善電壓質量，而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節約電能。因此，對于全國廣大供電企業、特別是對現階段全國性的一些改造后的農村電網來說，若能有效的搞好無功補償，不但可以減輕上一級電網補償的壓力，改善提高用戶功率因數，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費，其社會效益及經濟效益都會是非常顯著的。

一、影響功率因數的主要因素

1、大量的電感性設備，如電力變壓器和異步電動機等是影響功率因數，耗用無功功率的主要設備變壓器功率損耗由變壓器的空載損耗和負載損耗兩部分組成，空載損耗同負載率的大小無關，而隨電壓的變化而變化。變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％一15％，它的空載無功功率約為滿載時的113。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低

負載運行狀態。異步電動機的無功損耗包括兩部分：一部分是建立旋轉磁場所需要的空載無功功率，約占電機額定無功功率的60％一70％，其大小主要與容量有關：另一部分是帶負荷時在繞組漏抗中消耗的無功功率，它與電動機受載系數的平方成正比，負載率越小，功率因數越低。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。特別在農村電網中，由于存在大量的小容量異步電動機和小容量配電變壓器，在同樣的有功負荷下，無功負荷比較大，自然功率因數一般只能達到0．6—0．7。

2、電網電壓波動過大也會對功率因數造成很大的影響當電網電壓高于額定值的10％時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110％時，一般工廠的無功將增加35％左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

3、電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。綜上所述，我們了解了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使電力網功率因數提高的一些實用方法，使配電網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

二、提高自然功率因數的應用

提高電網功率因數是涉及面很廣的系統工程，關鍵在于管理。在于各種制度的建立和落實上。供電企業首先要健全無功負荷管理體系，分級分層次地進行管理。要建立各相應的規章制度，并嚴格按制度開展工作。要開展無功負荷管理工作，在管理好有功負荷的同時，也要管理好無功負荷。

提高自然功率因數，是指不添置任何補償設備，僅靠采取技術改造和合理管理等措施，來減少對供電系統所需要的無功功率，它不需要增加設備的投資，是最經濟有效的提高功率因數的方法。提高自然功率因數，首先應明確企業中各用電設備的無功功率需要情況。從中找出無功功率的主要用途，然后抓住重點，采取措施加以解決。

2．1電動機：交流感應電動機的功率因數一般是在0．7—0．9的范圍內變化，電動機的負荷越低，其功率因數也越低。在功率及轉速相等的情況下又以密閉型和繞線型電動機的功率因數為低。一般企業取自電力系統的全部無功功率中交流感應電動機占60％以上。

2．2變壓器：變壓器的勵磁功率是與負荷無關的無功功率。通常為變壓器額定容量的1-2％．變壓器的漏電電抗需要的無功功率卻是與變壓器負荷電流的平方成正比變化的，若變壓器輕載運行時，當負荷率小于0．6，功率因數將顯著下降。

2．3變流設備：隨著半導體技術的發展。硅二極管和可控硅的應用量增加。在二極管整流裝置中小型單相整流裝置的功率較低一般為COSφ=0．5，可控硅傳動裝置的功率因數大約正比于直流輸出電壓與額定電壓的比值，所以當負荷低時．功率因數也很低。

2．4電爐：除電阻爐的功率因數較高外。其它類型的電爐功率因數都較低。

2．5電焊機的功率因數COSφ=0．3—0．6。

根據上面所述，企業無功功率的主要用戶是感應電動和變壓器，其次是變流設備、電焊機及感應電爐等，因此，提高企業自然功率因數的主要措施應當是：

(1)合理安排和調整工藝流程，改善電氣設備的運行狀況，使電能得到充分利用。

(2)合理使用異步電動機及變壓器，正確設計和選用變流裝置，限制電焊機和限制電動機的空載運行。

(3)條件允許時，用同等容量的同步電動機代替異步電動機。

三、利用無功補償提高功率因數

無功補償裝置按延時時間分動態補償和靜態補償，具體選擇哪一種補償方式，還要依電網的狀況而定．首先對所補償的線路要有所了解，對于負荷較大且變化較快的工況，電焊機、電動機的線路采用動態補償方式，功率因數的改善效果明顯；對于負荷相對平穩的線路應采用靜態補償方式，也可使用動態補償裝置；對于一些特殊的工作環境就要慎重選擇補償方式，尤其線路中含有瞬變高電壓、大電流沖擊的場合是不能采用動態補償的．一般電焊工作時間均在幾秒鐘以上，電動機啟動也在幾秒鐘以上，而動態補償的響應時間在幾十毫秒，按40 ms考慮則從40 ms到5 s之內是一個相對的穩態過程，動態補償裝置能完成這個過程．如果線路中沒有出現這么一段相對的穩態過程且能量又有較大的變化，就稱為瞬變或閃變．對于瞬變或閃變線路，不能采用動態補償，否則可能引發事故。

配電網無功補償包括：變電所集中補償、低壓集中補償、桿上無功補償和用戶終端分散補償：下面簡單介紹這各種補償方式的優缺點和如何確定補償容量。

3．1變電所集中補償針對配電網的無功平衡，在變電所進行集中補償，主要目的是就近向配電線路前段(靠近變電所的線路)輸送無功，改善配電網的功率因數，具有管理容易、維護方便等優點，但這種補償方式對農網有農網季節性強，設備負荷率低，變電所無功補償容量難適應季節性和晝夜大幅度變化的無功負荷的需要。補償容量通常按主變容量的15％一30％配備。

3．2 10kV配電線路集中和分散補償配電線路分散補償，是指把一定容量的高壓并聯電容器分散安裝在供電距離遠、負荷重、功率因數低的10kV架空線路上，主要補償線路上感性電抗所消耗的無功功率和配電變壓器勵磁無功功率損耗，還可提高線路末端電壓。配電線路無功補償適用于線路主干線長度超過10km、超過經濟電流密度運行的重負荷線路、電壓質量差的線路。為防止輕載時向電網倒送無功，容量選擇以補償局部電網中配電變壓器的空載損耗總值為度。一般對于均勻分布無功負荷的配電線路，其補償容量和安裝位置按2n／2n+l(其中n為不小于1的整數)規則，求得最優補償方案?？紤]到無功補償裝置的運行維護、補償效益及投資回收期限，沿線的無功補償點以安裝一處為宜，最多不應超過兩處，可以直接連接于主干線上和較大的分支線上，每個補償點的容量不宜超

過100—150kvar。

3．3用戶分散補償目前我國城鎮低壓用戶的用電量大幅增長，企業、廠礦、居民小區等對無功需求都很大，直接在用戶末端進行無功補償是最恰當地降低電網的損耗和維持網絡的電壓水平。工廠、車間集中補償容量QC，可以按下式確定：

QC=Pav(tg?l—tg?2)

Pav——用戶最高負荷月平均有功功率，kW：

Tg?l——補償前功率因數角的正切值；

tg?2——補償到規定的功率因數角的正切值。

用戶終端分散補償方式更能體現以下優點：線損率可減少20％，可減少電壓損失，改善電壓質量，進行改善用電設備啟動和運行條件；釋放系統能量，提高線路供電能力。補償時可根據配電變壓器低壓側最大需求來確定自動分級無功補償裝置的最大容量。

3．4 10／0．4kV配電變壓器的隨機補償10／0．4kV配電變壓器的隨機補償是將低壓無功補償裝置直接安裝在配電變壓器低壓側，與配電變壓器同時投切，用以補償配電變壓器自身勵磁無功功率損耗和感性用電設備的無功功率損耗。

據統計只要對每臺變壓器都進行就地補償，就可以補償農網總無功負荷的約50％，是目前補償無功最有效的手段之一。對100kVA及以上的配電變壓器宜采用自動無功補償裝置，能夠自動進行投切，還可以實現分相補償，補償容量可以按配變無功損耗的1．5—1．8倍估算。

結語

功率因數是電網運行中的重要指標之一。提高功率因數，降低線損，降低成本是提高經濟效益的重要措施，分析清楚電網功率因數，減少無功負荷，降低線損，采取必要的管理措施和技術手段，以提高電網的經濟效益，達到社會的可持續性發展。

參考文獻

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