電力系統功率因數改善方法分析

王漢生

（SM廣場（天津）有限公司，天津300308）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，人們的生活水平有了顯著的提高，對電力的要求也越來越高，對于供電企業及鄉村電網而言，如果合理開展低壓補償工作，不僅可以緩解上級電網補償過程中產生的壓力，使用戶實際的功率因數得到有效的改善，還可以有效控制電能中的損失，從而減少用戶的電費支出，節約能源。在實際應用過程中，低壓補償工作具有十分顯著的經濟效益及社會效益，因此具有非常廣闊的發展空間。在電力系統的運行過程中，功率因數越大表明電網的效率越高，無用功的功率就小，從而可減少電能的損耗。如今，大多數供電企業對改善功率因數的課題都高度重視，但仍存在諸多問題和不足，因此，行之有效的功率因數改善方法逐漸成為人們關注的焦點。

1 電力系統與功率因數之間的關系及影響

功率因數是指在交流電中電壓、電流之間存在的一定相位差，通常用符號φ表示，該相位差的余弦值就是所說的功率因數，數學表達式為cosφ，從數據的角度上解釋，功率因數實際上就是有功功率與視在功率（電壓與電流的直接乘積）的比值，數學表達式為cosφ＝P／S。在電力系統中，功率因數是必不可少的指標性數據，也是衡量相應電氣設備總體效率的重要依據。如果電力系統的功率因數較低，表明電路中的無功功率過大，電氣設備的利用率達不到標準的要求，增加了供電線路的損耗。造成功率因數低的主要原因是在電力系統中，不可避免地存在一些電感性負載。對于工業企業的供電用戶而言，許多用電設備都存在一定的電感性，比如電焊機、架空線路等，這些電氣設備的功率因數數值都在1以內，如果設備處于輕載工況，對應的功率因數會更低。因此，對無功功率進行有效補償，是提高電力系統功率因數的主要手段。

2 影響功率因數的原因

2.1 電感性電氣設備多

在工業企業中，存在大量的電感性電氣設備，這些電氣設備都具有一個相同的特點，就是需要消耗大量的無功功率。根據相關統計得知，三相交流異步電動機消耗的無功功率是最多的，占總量的60%左右，尤其當電動機處在空載工況時，無功功率的消耗量占電動機無功總量的70%左右。因此，在實際中，需要避免電動機在空載條件下運行，并采取相關措施有效提高電動機的負載率，從而增加電力系統的功率因數。

2.2 變壓器低負載或空載運行

通常情況下，變壓器在正常條件下運行時，會消耗總量10%左右的無功功率，如果變壓器空載，無功功率的消耗值會上升到總量的30%。因此，在工業企業中，與電動機相同，應避免變壓器在空載條件下運行，并采取有效措施提高變壓器的負載率，從而提高電力系統的功率因數。

2.3 供電電壓過大

如果電力系統的供電電壓過大，并超出限度，也會對功率因數造成一定的影響。若供電電壓超出限度10%，無功功率受到磁路的過飽和影響而出現快速增長，根據相關統計得知，此時的無功功率會增加35%。如果能夠有效減少供電電壓，相應的無功功率也會得到顯著降低，電力系統的功率因數會因此而增加。但這種改善方法并不切合實際，因為供電電壓低于額定值會對電氣設備造成一定影響。因此，使供電電壓長期處于穩定的狀態，是改善電力系統功率因數的主要手段。

3 改善電力系統功率因數的方法

3.1 無功功率補償

3.1.1 低壓個別型補償法

低壓個別型補償法的實施，需要掌握個別用電設備的無功功率需求量，并結合實際所需確定低壓電容器的數量，最后將低壓電容器連接到用電設備中。在控制裝置的支持下，可進行電機投切。這種無功功率補償法適合容量較大且需要不間斷運行的設備，比如工業企業內的大型電動機，通常情況下會將勵磁無功作為補償的主體。低壓個別型補償法具有成本低、占地面積小、便于安裝維修等特點，如果用電設備停止運行，無功補償也會立即停止，不會發生無功倒送的現象。

3.1.2 低壓集中型補償法

低壓集中型補償法的實施，需要在變壓器的低壓母線位置安裝一定數量的低壓電容器，安裝需要在低壓開關上進行，將無功功率補償的投切裝置當作用電設備的控制裝置，根據變壓器母線上實際負荷的變化起到控制電容器投切的作用。一般情況而言，電容器投切的過程無法進行調節。低壓集中型補償法具有接線便利、實時性強、便于維護等特點，另外由于這種方法具有更高的經濟性，因此該方法的應用范圍十分廣泛。

3.1.3 高壓集中型補償法

高壓集中型補償法的實施，需要在高壓母線上安裝并聯形式的電容器組，從而實現無功功率補償。這種方法適合應用在與用戶距離較遠的變電站中，如果用戶本身存在較高的負荷，就會使無功消耗得到相應的減少，從而起到無功補償的作用。無功補償裝置結合用戶端實際負荷的大小進行自行投切，完成提高功率因數的最終目的，為用戶節省用電費用。高壓集中型補償法具有便于維護、效率明顯等特點。

3.2 提升自然功率因數的方法

提升自然功率因數不僅可以大幅降低電力系統中無功功率的消耗，還可節省補償設備的成本投資。為了使企業達到更高的功率因數，需要加大企業內部的管理力度、完善管理措施。對于一般的工業企業而言，提升自然功率因數的方法可歸納為4個方面：（1）按照規范的要求合理使用各類電動機。（2）完善各類電動機的保養和檢修制度。（3）開辟更多同步電動機的使用條件和環境，同步電動機在運行過程中會根據負載的大小確定有功功率的消耗量，無功功率的消耗量則根據轉子的實際勵磁電流而確定，如果電動機處于欠勵狀態，便需消耗一定量的無功功率；相反電動機處于過勵狀態時，便會向電力系統提供一定量的無功功率，因此將同步電動機作為不間斷運行設備的動力來源可顯著提高功率因數。（4）根據實際所需，選擇并使用容量合理的變壓器設備，并對其運行方式進行針對性的改進，對于負載率較低的變壓器而言，通常運用更換、并接、停止等改進方式來提高變壓器的實際負載率，最終改善自然功率因數。

4 結語

總之，對于電力系統而言，功率因數的改變可對系統總體的有功功率及設備的利用率產生不同程度的影響。如果功率因數的改變程度較大，還會影響到供電系統的電壓質量。因此，采用合理的措施改善功率因數對于電力系統而言具有很高的實際價值。在人們對電力要求不斷提高的影響下，功率因數將成為衡量電力企業整體水平的關鍵指標。因此，在改善功率因數方面還需要電力企業注入更多的新鮮血液，優化傳統的改善方法，并提出新穎的技術手段，以適應電力系統的高速發展。相信通過不斷的努力，我國電力系統功能因數的總體水平會上升到新的高度。

［1］邱關源.電路［M］.第5版.北京：高等教育出版社，2006

［2］蘇文成，金子康.無功補償與電力電子技術［M］.北京：機械工業出版社，1989

［3］陳榮.無功就地補償及其效益［J］.江蘇電機工程，1992（4）