淺談如何減少無功功率提高功率因數

劉小燕

摘 要：通過減少無功功率，提高電力系統功率因數，確保供電質量和效率是當前電力企業的重要任務。文章詳細闡述了影響電力系統功率因數的主要原因，并對提高電力系統功率因數的主要方法進行介紹，最后討論了無功補償的主要方式。

關鍵詞：功率因數；有功功率；無功功率；無功補償

引言

電力是當前人類社會發展經濟和居住生活活動中使用的主要能源種類。隨著環保和資源壓力的增大，電力利用效率的問題日漸引起人們的關注。功率因數是電網運行過程中衡量電能供應效率的重要指標，是電力線路中有功功率在總功率中占據的比例，通常以百分比表示。功率因素越大，電力線路中有功功率在總功率中所占比例就越高，與之對應的無功功率就越低，電網供電效率就越好。功率因素的大小對電網運行情況影響重大，提高功率因素，減少無功消耗，是改善電網整體運行狀況，提高電力系統設備利用效能的重要途徑。

1 功率因數發生改變的主要原因

電力線路中之所以有功率因數這個概念，主要是因為交流電設備在運行過程中，部分電能沒有發揮作用，沒有做功，而是被白白消耗掉了。這部分沒有做功的電能對應的功率稱之為無功功率。功率因數就是為了評價電能做功情況，即電能使用效率而出現的。電網中導致無功功率產生的主要原因有以下兩種：

第一種是由異步電動機和電力變壓器等電力設備產生的感性無功電流。定子與轉子間氣隙的存在，致使異步電動機工作狀態下會產生一部分無功。異步電動機產生的無功功率可以分為空載時的無功功率和承受一定量載荷情況下無功功率增加值兩個部分。因此，提高異步電動機功率因數就要從這兩個方面著手，即避免異步電動機空載運行及盡量提高電動機載荷，使電動機接近滿負荷運行。變壓器的無功功率則主要是指其空載狀態下的無功功率，而不受變壓器載荷大小影響所以，要提高變壓器功率因數，就要避免變壓器長期空載運行。

第二種是供電電壓超出電力設備額定電壓。從實際數據上看，一旦供電電壓超過額定標準十分之一，設備就會達到磁路飽和狀態，從而導致無功功率迅速提高。數據顯示，供電電壓超過額定標準十分之一，對應的無功功率會提高約三分之一。而當供電電壓低于額定值時，功率因數會有所提高，但這種情況對以電氣設備的正常運轉不利。

2 提高電力系統功率因數的方法和途徑

功率因數的高低，不僅關系到電能利用效率，對于提高電力其余生產效能，改善電網運行狀態，穩定電壓，提高用戶用電設備的工作效率和為用戶節約電能也有著極為重要的作用。因此，當前各大電力企業都將提高功率因數，減少無功功率作為重點研究課題和日常工作的重要任務來抓。現階段提高功率因數，確保電力使用效率的方法一般有以下幾種。

2.1 促進系統自然功率的提升

提高電力設備功率因數的一個主要途徑是在不增加功率補償設備的前提下，單純降低用電設備負載狀態下的無功消耗，提高有功占據比例，從而使得系統自然功率提高。該方法對于補償設備沒有需求，具有投入資金少，經濟效益佳的特點。提高系統自然功率的方法主要有以下幾項措施：一是通過對供電或用電設備生產工藝的調整優化，使得電氣設備的運轉狀況進一步得以改善，從而提高電能使用效率。二是提高異步電動機和變壓器使用的科學化、規范化水平，提高電氣設備運行經濟效益。三是通過對變流設備的科學設計和正確選用，確保直流設備電力供應和勵磁質量，以硅整流或晶閘管整流裝置代替變流機組、汞弧整流器等直流電源設備。四是對電動機及電焊機等設備的空載情況加以控制，目前普遍采用安裝空載斷電裝置，當空載率大于百分之五十時予以斷電處理的方法。五是滿足工作要求的情況下，將異步電動機改為同步電動機，二者容量應相同，或者對負荷率小于等于0.7并且最大負荷小于等于90%的繞組式異步電動機實施異步電動機同步化，即當繞線式異步電動機在啟動完畢后，向轉子三相繞組中送入直流勵磁，從而達到異步電動機和同步電動機運轉情況基本相同的目標。在過勵磁的情況下，電動機可向電網送出無功功率，從而達到改善功率因數的目的。

2.2 通過人工補償方式加以調整

2.2.1 使用靜電電容進行補償。一直以來，國內外都普遍把加裝無功補償電容器作為解決無功功率補償問題的主要方法。電容器與網絡感性負荷以并聯方式連接，這種方法使系統結構更為簡單，投入成本較少，但由于阻抗不變，所以補償效果一定，不能進行動態補償。

2.2.2 隨著電力設施及其運轉情況的不斷復雜化，無功補償的動態化成為必然的要求。在大型用電單位，用電設備電容量巨大，設備運行過程中反復發生載荷短時間內的大幅變化。對于這種情況，傳統的調相機或固定電容器已經無法適應補償要求，必須采用動態無功補償。當前有一種新型的動態無功補償設備叫做靜止無功補償器。這種裝置對于電力系統電壓穩定性、確保電網運行質量、加快動態補償速度和改善設備性能等都有著非常良好的效果。現在最為先進的靜止型無功補償裝置是采用自換相變流電路的靜止無功發生器（高級靜止無功補償器）。

3 當前無功補償主要方式

電力設備應用環境廣泛，針對不同的工作條件，無功補償的方式也有所不同。常見的有變電站集中補償、低壓集中補償、桿上無功補償和用戶終端分散補償等多種方式。

3.1 變電站集中補償

變電器集中補償主要是為了提高輸電網絡功率因數，以及提高終端變電所電壓和補償主變壓器無功損耗。由于各補償裝置與變電站10千伏母線相連接，從而使得補償系統更加便于管理，維護更加簡單。其不足之處是不能實現對配電網損耗的控制。一般情況下，無功補償裝置與有載調壓抽頭聯合使用，已達到控制電壓和無功補償的目的。

3.2 低壓集中補償

以配電變壓器380伏側為載體進行無功補償是當前我國電力行業常用的第二種無功補償方式。該方法以低壓并聯電容器柜為工具，通過對用戶負荷的變化進行針對性的電容器投入達到跟蹤補償的目的。該方法主要用于對專用變壓器用戶功率因數的提高，由于是就地補償，所以在一定程度上有利于減少配電網和配電變的損耗。

3.3 桿上補償

該方法是為彌補公用變壓器低壓補償缺位而設立的。通過在架空線路塔桿安裝10kV戶外并聯電容器達到提高配電網功率因數，提升電壓降低損耗的目的。該方法的優點是補償效率高，投資規模小及方便管理維護，對于功率因數較低且負荷較重的長配電線路較為適合。缺點是不具備動態補償功能。

3.4 用戶終端分散補償

該方法的優點是降低線損率，保障用電設備啟動和運行環境，改善系統供電水平。缺點是設備閑置情況較多。常見的用戶終端補償有隨機補償、隨器補償、跟蹤補償三種類型。

4 結束語

隨著現代工業化生產水平的進一步提高，電力事業必將迎來更加繁榮的發展階段。受系統設備使用效率和安全穩定方面要求的影響，電力系統功率因數的提高已經成為必然。通過無功補償改善系統功率因數是當前電力企業普遍采用的方法。我國正處于經濟高速發展的重要階段，確保電網安全穩定和電力利用效率意義重大。電力企業要把提高功率因數作為一項重要任務來抓，不斷加大研究投入，推動無功補償技術發展，實現系統經濟效益和安全效益的最大化，為電網安全、穩定、高效運行做出保障。

參考文獻

[1]無功功率的最佳補償容量[J].電力電容器，2001，3：18-20.