提高功率因數(shù)在電費服務(wù)中的實踐

[摘要]當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)用電和居民用電都在不斷增長，所以電費也成為居民支出和企業(yè)成本中的重要組成部分。根據(jù)電費服務(wù)中的實踐，功率因數(shù)和電費存在一定的關(guān)聯(lián)，所以本文針對功率因數(shù)的含義，重點分析了提高功率因數(shù)的方法，并提出其實際實施手段，以期促進(jìn)我國供電企業(yè)電費服務(wù)水平的提高。

[關(guān)鍵詞]功率因數(shù)；無功補(bǔ)償；電費服務(wù)

引言

目前，供電過程中用戶使用的大部分負(fù)載被稱為感性負(fù)載，而感性負(fù)載不僅從電網(wǎng)中吸收有功功率，還與電源進(jìn)行能量交換，但是這部分能量由于不做功所以被稱為無功功率。對于供電設(shè)備來說，負(fù)載的功率因數(shù)降低，會導(dǎo)致負(fù)載吸收的有功功率也變小，這意味著電設(shè)備中只有小部分的容量被利用，而剩下大部分則是在負(fù)載和電源間進(jìn)行無用的功率轉(zhuǎn)換。因此為了提高供電設(shè)備的利用效率，進(jìn)而提升供電企業(yè)的電費服務(wù)水平和質(zhì)量，必須研究提高功率因數(shù)的方法。

一、提高功率因數(shù)方法的理論分析

首先，設(shè)電路中有功功率P與功率S的比值和功率因數(shù)cosф相等，那么可以得到如下公式：

在以上公式中，角度ф是功率因數(shù)角的意思，所以ф也是供電端電壓與電流形成為相位差角。而本文探討的提高功率因數(shù)cosф的方法就是建立在縮小電路端電流與電壓之間相位差角的基礎(chǔ)上。在當(dāng)前的工業(yè)用電和居民用電中，感性負(fù)載占總負(fù)載的絕大部分，比如感應(yīng)電機(jī)、鐵路機(jī)車、路燈電路等設(shè)備上的負(fù)載。這些設(shè)備的等效電路情況如圖1所示，顯而易見，可以采取并聯(lián)適當(dāng)電容器來達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)男Ч⑦M(jìn)而實現(xiàn)提高功率因數(shù)的目的，正如圖1中虛線表示的方法。

圖1 感性負(fù)載等效電路示意圖

此外，感性負(fù)載電流與電壓的相量情況如圖2所示。黨并聯(lián)電容器不存在時，總的電流相量用I載來表示，而ф1則是用來表示落后的電壓相量，因此相量I載能夠分成無功分量IL和有功分量Ir兩部分，并且有功分量是固定的。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用并聯(lián)電容器的原理，通過增大Ic來補(bǔ)償無功分量IL，那么總電流的相量就降低到I總，因為這個時候總電流相量明顯落后電壓相量的減少量，電路的功率因數(shù)必然得到提高。

經(jīng)過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)并聯(lián)電容器能夠達(dá)到提高功率因數(shù)的目的，就圖2而言，就是利用電流Ic來補(bǔ)償感性負(fù)載電路下的無功分量IL，因此電容器容量能夠決定電容電流Ic的大小。當(dāng)Ic>IL時，功率因數(shù)會出現(xiàn)降低的情況，而當(dāng)Ic

圖2 感性負(fù)載電壓電流相量示意圖

二、供電實際中提高功率因數(shù)的措施

1、提高負(fù)載的自然功率因數(shù)

為了達(dá)到提高負(fù)載自然功率因數(shù)的要求是，可以采取改造負(fù)載設(shè)備的方法。比如在處理電焊機(jī)這一類的感性負(fù)載設(shè)備時，不僅增加兩個電抗繞組在該設(shè)備的變壓器上，還要對鐵芯柱的匝數(shù)進(jìn)行有效匹配，從而產(chǎn)生兩個方向相反、大小相等的磁通，這樣電抗繞組中的電抗就可以用來抵消電焊機(jī)自身繞組的電抗，從而進(jìn)行無功補(bǔ)償并實現(xiàn)提高功率因數(shù)的目標(biāo)。另一方面，在處理電動機(jī)這一類設(shè)備的感性負(fù)載時，額定負(fù)荷其功率因數(shù)一般大于0.8，空載時的功率因數(shù)則在0.2—0.3之間，所以負(fù)載與功率因數(shù)存在緊密的關(guān)系。因此提高電動機(jī)功率因數(shù)的方法分為以下兩個方面：當(dāng)電動機(jī)容量與負(fù)載相互匹配時，盡量避免“大馬駕小車”情況的出現(xiàn)；如果實際負(fù)載不超過額定負(fù)載的30%時，在啟動、運(yùn)行時最好采取減壓啟動、運(yùn)行的方式。

2、人工補(bǔ)償

人工補(bǔ)償也是提高功率因數(shù)，充分利用電能的重要手段。所以供電企業(yè)在實際的電費服務(wù)中推廣應(yīng)用人工補(bǔ)償措施，也就是在供電電路中并接電容器的方法。該方法能夠利用靜態(tài)的或者電磁的接觸器與電網(wǎng)相連接，并達(dá)到提高功率因數(shù)的要求。

2.1單個設(shè)備補(bǔ)償

單個設(shè)備補(bǔ)償需要供電企業(yè)在用電設(shè)備周圍裝設(shè)電容器組，而電容器組的數(shù)量由用電設(shè)備的無功功率需要量決定。這些電容器組能夠與用電設(shè)備達(dá)到同時運(yùn)行或者斷開的要求。目前，單個設(shè)備補(bǔ)償法主要適用于電壓電網(wǎng)中，而且有著很高的補(bǔ)償效果。但是單個設(shè)備的安裝使用也存在利用率低的缺點，并且電網(wǎng)中過多的電容器也會引發(fā)諧振的風(fēng)險，影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定。所以供電企業(yè)在單個設(shè)備補(bǔ)償工作中，應(yīng)保持適度、適量的原則，盡量保障電容器組可以發(fā)揮最大的電能補(bǔ)償效用。

2.2分段補(bǔ)償

相對于單個設(shè)備補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ侄窝a(bǔ)償法是把電容器組安裝到變電所或者配電室各分路出線上，并使電容器組和部分負(fù)荷發(fā)生同時切入或者切除的變動。對于供電企業(yè)而言，該方法可以集中安裝，對各個電路設(shè)備進(jìn)行分段補(bǔ)償，所以不僅利用效率提高了，整體補(bǔ)償效果也較高，可以再變電所及配電室上使用該方法，以此提高它們的功率因數(shù)。

2.3全局補(bǔ)償

全局補(bǔ)償法是將電容器組安裝到變電所低壓或者高壓母線上，并根據(jù)配電所的總無功負(fù)荷的大小來配置電容器組的容量。全局補(bǔ)償法相對于以上兩種方法，利用率明顯提高，并且因為電容器組安裝在高壓或者低壓的母線上，所以全局補(bǔ)償法能夠有效降低電網(wǎng)、用戶電壓器以及供電設(shè)備的無功負(fù)荷。但是該方法也存在一定局限性，并且只能滿足供電企業(yè)降低輸送無功功率給用戶的需要，對于用電戶內(nèi)部而言，配電網(wǎng)路內(nèi)部的無功電流沒有因為無功功率的降低而減少，線路損耗引發(fā)的電費支持也沒有被降低，所以全局補(bǔ)償方法只對變壓器附近的負(fù)載補(bǔ)償有明顯的效果，對于用戶內(nèi)部的負(fù)載補(bǔ)償相對不明顯。

因此，目前提高功率因數(shù)的手段方法比較多樣，但是任何方法的運(yùn)用都必須以最大限度提高功率，促進(jìn)電網(wǎng)利用效率和供電企業(yè)電費服務(wù)水平提升為主要目標(biāo)。所以供電企業(yè)在運(yùn)用人工補(bǔ)償法來提高功率因數(shù)時，要結(jié)合各個地區(qū)、用戶的實際情況，選擇并組合合適的人工補(bǔ)償方法，以此提高用電設(shè)備的利用效率，減少工業(yè)和居民的用電費用支出。

三、提高功率因數(shù)在電費服務(wù)中應(yīng)用及意義

1、提高功率因數(shù)可以降低線路損耗

在用戶電費中，線路損耗的多少有著不小的影響。因此提高功率因數(shù)后，可以相應(yīng)縮小供電線路中的總電流量。而且功率因數(shù)和總電流之間存在反比例關(guān)系，也就是說功率因數(shù)越高，總電流也就越低，在此情況下，輸電線路中的電壓會降低并減小熱損耗。因此提高功率因數(shù)可以降低線路損耗，促使用戶利用電能效率的提高，使電費可以更準(zhǔn)確的反應(yīng)用戶的實際用電量。

2、提高功率因數(shù)能夠改善供電質(zhì)量

對于供電企業(yè)來說，優(yōu)質(zhì)的供電質(zhì)量是電費服務(wù)水平的重要體現(xiàn)。在供電線路中，感性負(fù)載與電源交換的能量一般是無功功率，而有功功率是負(fù)載上消耗的能量。所以當(dāng)電壓和有功功率固定時，電流和功率因數(shù)之間成反比關(guān)系。功率因數(shù)越低時，相應(yīng)線路上的無功功率則越大，所以線路上流經(jīng)的電流也就越大。因為線路會存在一定阻抗，在電流經(jīng)過時會損失一定的電壓，造成電路電壓下降。所以功率因數(shù)變高的話，就意味著線路上的無功功率變小，因此可以促進(jìn)線路末端電壓的平穩(wěn)，并達(dá)到改善供電質(zhì)量的目的。

3、提高功率因數(shù)可以減少企業(yè)電費支出

根據(jù)我國電力企業(yè)聯(lián)合會2013年提供的統(tǒng)計數(shù)字表明，我國企業(yè)用電量占全社會用電量的結(jié)構(gòu)比重已經(jīng)從2012年的70.04%上升到2013年的73.94%，因此企業(yè)用電是占了整個社會用電規(guī)模的絕大部分，也是供電企業(yè)電費服務(wù)的重點對象。在目前的用電企業(yè)中，電力設(shè)備多采用感性設(shè)備，導(dǎo)致電網(wǎng)傳輸需要大量的無功功率。假設(shè)自然平均功率因數(shù)在0.7到0.8之間，則企業(yè)消耗的無功功率可以占到有功功率的60%到80%，因此只要將企業(yè)用電的功率因數(shù)提高到0.95所有，無功消耗只會占到30%左右的有功消耗，這會給企業(yè)節(jié)約大量的電費開支。所以提高功率因數(shù)能夠明顯提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，并且在我國的電價制度中，為了促進(jìn)企業(yè)的合理用電，對不同企業(yè)的功率因數(shù)制定了不同的數(shù)值，如果企業(yè)的功率因數(shù)低于規(guī)定的數(shù)值，電費價格也會上升，反之則會相應(yīng)的降低。因此，供電企業(yè)為了提升電費服務(wù)水平和質(zhì)量，可以為企業(yè)提高功率因數(shù)提供必要的技術(shù)支持，促使企業(yè)用電上功率因數(shù)的提高，達(dá)到降低用電成本的目的。

結(jié)語

綜上所述，提高功率因數(shù)在供電企業(yè)電費服務(wù)中具有廣闊的應(yīng)用空間，并且對供電企業(yè)提升電費服務(wù)水平和質(zhì)量有著重要的積極意義。因此，相關(guān)部門和人員應(yīng)積極進(jìn)行提高功率因數(shù)技術(shù)的研究，促進(jìn)該方法的實踐與應(yīng)用，推動我國供電行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

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