淺議如何提高低壓電網中功率因數

郭 強

（中國水電第十一工程有限公司，河南 鄭州 450041）

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。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，若能有效地搞好低壓補償，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

首先我們來了解功率因數產生的主要原因。功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P有一定時，如減少無功功率P無，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當P無=0時，則其功率因素=1。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。影響功率因素主要是下面幾個方面。

1.異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成的。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。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。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其處于低負載運行狀態。

2.供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響

當供電電壓高于額定值的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。

二、低壓網無功補償的一般方法

低壓無功補償我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。

1.隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補償磁無功為主，此種方式可較好地限制農網無功峰荷。

隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等特點。

2.隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農網無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加，不利于電費的同網同價。

隨器補償的優點是：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是 目前 補償無功最有效的手段之一。

3.跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優點是：運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的 經濟 性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

三、采取適當措施，設法提高系統 自然功率因數

提高自然功率因數是在不添置任何補償設備，采用降低各用電設備所需的無功功率減少負載取用無功來提高工礦企業功率因數的方法，它不需要增加投資，是最經濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施作一些簡要的介紹。

1.合理選用電動機的型號、規格和容量，使其接近滿載運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械性能，又要考慮它們的電器指標。若電動機長期處于低負載下運行，既增大功率損耗，又使功率因數和效率都顯著惡化。故從節約電能和提高功率因數的觀點出發，必須正確地合理地選擇電動機的容量。

2.實驗表明，異步電動機定子繞組匝數變動和電動機定、轉子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的。

3.由電機原理知道，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠激狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過激狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，只要調節電機的勵磁電流，使其處于過激狀態，就可以使同步電機向電網“送出”無功功率，減少電網輸送給工礦企業的無功功率，從而提高了工礦企業的功率因數。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態，即能向電網輸出無功，從而達到提高低壓網功率因數的目的。

4.對負載率比較低的配變，一般采取"撤、換、并、停"等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網的自然功率因數。下面我們將簡單介紹對用電設備進行人工補償的方式和對補償容量的確定方法。

四.功率因數的人工補償

功率因數是工廠電氣設備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標，也是保證電網安全、經濟運行的一項主要指標。供電企業僅僅依靠提高自然功率因數的辦法已經不能滿足工廠對功率因數的要求，工廠自身還需要裝設補償裝置，對功率因數進行人工補償。

1.靜電電容器補償

靜電電容器既電力電容器。利用電容器進行補償，具有投資省、有功功率損耗小、運行維護方便、故障范圍小等優點。但當通風不良、運行溫度過高時，油介質電容器易發生漏油、鼓肚、爆炸等故障。因此，建議使用粉狀介質電容器。

2.動態無功功率補償

動態無功功率補償一般應用于用電容量大、生產過程其負載急劇變化且具有重復沖擊性的大型鋼鐵企業。這種波動頻繁、急劇、幅值很大的動態無功功率，采用調相機或固定電容器進行補償已遠遠滿足不了要求，目前一般采用的新型動態無功功率補償設備是靜止無功補償器。它具有穩定系統電壓、改善電網運行性能、動態補償反應迅速、調節性能優越等優點。但最明顯的缺點是投資大、設備體積大、占地面積大。

3.分相補償

在民用建筑中大量使用的是單相負荷，照明、空調等由于負荷變化的隨機性大，容易造成三相負載的嚴重不平衡，尤其是住宅樓在運行中三相不平衡更為嚴重。由于調節補償無功功率的采樣信號取自三相中的任意一相，造成未檢測的兩相要么過補償，要么欠補償。如果過補償，則過補償相的電壓升高，造成控制、保護元件等用電設備因過電壓而損壞；如果欠補償，則補償相的回路電流增大，線路及斷路器等設備由于電流的增加而導致發熱被燒壞。這種情況下用傳統的三相無功補償方式，不但不節能，反而浪費資源，難以對系統的無功補償進行有效補償，補償過程中所產生的過、欠補償等弊端更是對整個電網的正常運行帶來了嚴重的危害。

對于三相不平衡及單相配電系統采用分相電容自動補償是解決上述問題的一種較好的辦法，其原理是通過調節無功功率參數的信號取自三相中的每一相，根據每相感性負載的大小和功率因數的高低進行相應的補償，對其它相不產生相互影響，故不會產生欠補償和過補償的情況。

結束語

功率因數對廣大供電企業的影響是巨大的，所以提高功率因數能夠帶來經濟效益和社會效益，相信隨著新技術新產品的應用，功率因數會進一部提高，電網質量將更加穩定。

[1]肖運新.用電監察[M].水利電力出版社，2003.

[2]靳龍章，丁毓山.電網無功補償實用技術[M].中國水利水電出版社，2004.