提高功率因數的意義和方法

【摘 要】提高功率因數，對煤礦企業可減少能源的浪費，降低噸煤成本，對煤礦企業的節資降成具有特別重要的意義。本文對提高功率因數的重要意義，改善功率因數的方法進行了分析。同時對高壓集中補償、低壓成組補償、低壓分散補償進行了全面的論述。

【關鍵詞】功率因數；功率損耗；補償；電容器

1 提高功率因數的方法

功率因數是交流電路的有功功率P與視在功率S之比，即CO—S？準=P/S。

從上式可見，有功功率為定值時，減少無功功率就能提高功率因數。在極端情況下，？準為零時，cos？準=1。可見，提高功率因數的實質，就是減少用電設備的無功功率需求量。就整個電力系統來講，減少用戶的無功功率的需求量，具有十分重要意義。

2 提高功率因數的重要意義

2.1 增加設備的供電能力和利用程度

提高功率因數能增加電力系統主要組成部分的發電機、變壓器和網絡的供電能力。這是因為供電設備的供電能力是以視在功率S=■來表示的。當無功功率減少，對同一個設備來講它所供應或傳遞的有功功率就增加了，充分發揮了設備的潛力，提高了電力系統的供電能力。發電機、變壓器供電設備都有一定的額定容量，其值為Se=UeIe。在電路中，如果所接的感性負載越多，電路功率因數就越低，供電設備輸出的有功功率P=UeIeCOS就越小。如1臺變壓器額定容量100kVA，當電路功率因數cos？準=0.5時，變壓器輸出有功功率p=0.5se=50kW，只能接10kW電動機5臺，當電動機功率因數提高到COS？準=0.9時，輸出有功功率P=0.9Se=90kW，能帶10kW電動機9臺。可見提高功率因數，可提高供電設備的利用程度。在同樣的額定容量下，可以在多接一些負載。

2.2 減少線路的功率損耗

供電線路的有功功率損耗，是由于電流通過線路電阻時發熱所產生的。三相供電線路的最大有功功率損耗可按下式求出：

當線路的額定電J±ue和輸送的有功功翠尸保持恒定時，上式可改成下面表現形式：

可見，在其它因素相同的情況下，線路的損失與功率因數的平方成正比，即用戶負載功率因數越低，供電線路的功率損耗越大，這樣即浪費能源又增大電費成本。如當用戶功率因數由0.7提高到時，則線路的功率損失可減少50%，從0.7提高到0.95時，可減少到46%，效果非常明顯。

2.3 減少網路電壓損失，提高供電質量

3 功率因數的改善方法

3.1 提高用電設備的自然功率因數

凡未裝入補償裝置設備的功率因數，稱自然功率因數。自然功率因數的高低取決于負荷性質。對于電阻性負荷較多的用電企業，自然功率因數較高；對于煤礦企業電感性負荷較多用電企業，自然功率因數較低，所以有必要來提高功率因數。

采用降低各用電設備所需的無功功率來提高功率因數的方法，稱為提高自然功率因數的方法，它不需要增加投資，不添置任何補償設備，是最經濟的提高功率因數的方法，一般采用如下措施：

1）合理地選擇電動機的型號、規格和容量，使其按滿載運行。在滿足生產條件和環境需求時，選電動機要注意以下幾點：容量相同時，選擇高速電動機；在容量、轉速和構造型式相同時，選擇鼠籠式電動機，因它比繞線式電動機功率因數約高4%～5%，不選擇容量過大的電動機。

2）消除嚴重欠載運行的電動機和變壓器。對于負荷小于40%額定功率的感應電動機，在能滿足起動、工作穩定性等要求條件下，應以小容量電動機更換，此法一般可使功率因數提高20%一25%；或將△繞組改接成Y繞組，從而可提高功率因數和效率。對于變壓器，當其平均負荷小于額定容量時，也應更換為小容量變壓器或調整負荷

3）加強維護提高檢修質量，保證電動機的電磁特性符合標準。合理調度安排生產流程，限制電器設備空載運行。

3.2 人工補償無功功率

3.2.1 并聯電容器法

一般煤礦企業都采用此法，并聯電容器法原稱移相電容器，用于補償電力系統感性負荷的無功負載，提高系統的功率因數。

因為使用電容器具有投資少、有功功率損失小、運行維護方便和故障范圍小等優點。

求補償所需電容器的容量，？準1和？準2：分別為補償前、后電壓和電流的相角差；I1和I2分別是補償前、后流向負載的電流；Ic為補償用電容電流；Ia為負載的有功電流。電容電流為：

3.2.2 同步電動機過激法

由于同步電動機消耗的有功功率取決于電動機軸上所帶機械負荷的大小，而消耗的無功功率取決于轉子中的勵向送出磁電流的大小。在欠激狀態時，定子繞組從電網“吸取”感性無功功率；在過激狀態時定子繞組向電網“送出”容性無功功率。所以，調節同步電動機的勵磁電流，使其處于過激狀態，就可以使同步電動機向電網送出無功功率，從而提高全礦功率因數。

1）高壓集中補償。煤礦企業多將高壓集中補償裝在地面變電所6kV母線上，它只能補償6kV母線電源側，而負荷側的配電線路得不到無功補償。距變電所較遠且負荷較大的井，宜在井口配電所和采區變電所裝設部分電容器。由于電容器從電網上切除時有殘余電壓，其值為最高電網電壓的峰值，所以工作人員一旦觸及是十分危險的。為了防止人身觸及危險電壓電容器緬必須裝設放電設備，以確保人身安全。

2）低壓成組補償。低壓成組補償是將低壓并聯電容器裝在車間變電所的低壓母線上，這種補償方式能補償其電源側所有的高壓供電線路和變壓器的無功功率。它的補償范圍比高壓集中補償大，比低壓分散補償小并能使變壓器容量選的小一些。

3）低壓分散補償。低壓分散補償又稱個別補償，是將低壓并聯電容器分散裝設在各個動力車間或用電設備附近，這種補償方式能補償安裝部位前的所有高、低壓供電線路和變壓器的無功功率，分散補償方式可用在容量較小、分散而多的場合，或容量相當大的設備。對于補償容量較大的工礦企業，宜采用高壓集中補償和低壓分散補償相結合的方式。因此，礦井主通風機、空氣壓縮機等不經常啟動的大型固定設備，應盡可能采用同步電動機拖動。

4 結論

以上提高功率因數的方法取決于電氣設備的性質，用什么方法來改善功率因數根據負荷的具體情況來決定，總之無論用什么方法都將給用戶帶來可觀的經濟效益。尤其煤礦企業提高功率因數，可減少能源的浪費，降低噸煤成本，對煤礦企業的節資降成具有特別重要意義。

[責任編輯：張濤]