探討功率因數(shù)對工廠供配電系統(tǒng)電能質量的影響

羅裕標

（深圳供電規(guī)劃設計院有限公司，廣東 深圳 518054）

1 相關概念

1.1 功率因數(shù)

功率分為有功功率和無功功率。當負載為電阻負載時，消耗的功率為有功功率。當負載為容性或感性負載時，則消耗無功功率。有功功率、電壓和電流同相（有用功和無功功率）。當電壓引出電流時，為感性無功；當電流引出電壓時，為容性無功。眾所周知，功率因數(shù)是交流電路中電能產(chǎn)生的重要條件之一。同時功率因數(shù)的高低能夠對整個供電系統(tǒng)的設備產(chǎn)生重要的影響，針對電能消耗問題的探討過程中，功率因素在其供電負荷正常的情況下，有著重要的控制能力。因此這對于電力系統(tǒng)和電力設備運行過程中的利用率進行提高的最好辦法就是通過對設備的功率因素進行對應的提高。從理論上看，功率因數(shù)在交流電路中是電壓與電流之間的相位差余弦值。通過對應的公式數(shù)值計算可以看出，功率因數(shù)是整個供電系統(tǒng)做功過程的重要素質之一。

1.2 功率負載

整個配電系統(tǒng)的交流電路過程中，針對電流電壓之間功率比較可以看出，功率因數(shù)的大小和整體電路的負荷有著直接必然的關系。交流電路過程中的電阻以極其負載能力都能夠直接影響到整個電路的效率。從對應的功率負載實際情況來看，電路的總體從電網(wǎng)中吸收的部分有用功，其余有部分電源之間的部分能量交換，這一部分整體上對整個配電系統(tǒng)的并不做功，因此稱為無功功率。從設備的運行情況來講，負載的因素越低，整個電路做有用功的功率也越小。因此，從電路功率負載的面對整體的功率因素進行分析可以看出，提高整體的配電設備利用率，降低損耗能夠通過提高功率負載從而對功率因素進行提高，以此達到提高整個配電系統(tǒng)電能質量的提高。

2 提高功率因數(shù)的方法

2.1 提高自然功率因數(shù)

針對提高自然功率因數(shù)的方法進行分析不難發(fā)現(xiàn)，對于配電系統(tǒng)和交流電路和程中的各設備之間的合理安排就能達到改善設備的運行情況。通過配電系統(tǒng)中的各個設備之間的配合，是的，在同等條件下大大提高了配電系統(tǒng)的整體電機負載能力。通過提高自然功率因數(shù)，改進和加大了配電系統(tǒng)中交流電路的電流和電壓之間的對比，為其電路的損耗和利用率達到利益和利用率最大化，由此對功率進行提高能夠直接影響到配電系統(tǒng)的電能質量，因此，工廠對于配電系統(tǒng)的功率因數(shù)影響十分重視。對于配電系統(tǒng)的因素進行提高，通常有提高自然功率采用無功補償兩種方法。對于自然功率因數(shù)的提高可以你用整個配電系統(tǒng)中的電氣設備滿負荷的性質進行調整，利用陽性復合的功率配合感性復合的功率將總體的功率因數(shù)進行對應的增加和減少。因此，要想提高自然功率因素，應當對交流電路中的功率負載設備進行對應的改造，利用電抗繞組改變供電設備對應的變壓器輸出電壓。其次，利用電抗繞組的有效電抗來進行無功補償，從根本數(shù)據(jù)上提升功率因數(shù)。通過大量的實踐證明，在對交流電路的負載進行改裝的過程中，其額定負載功率因素超過0.8使得功率因數(shù)在0.2～0.3。由于功率因素和功率負載之間的關系，根據(jù)對應的設備負載容量的相互匹配條件下，對整體的配電系統(tǒng)設備進行適當?shù)臏p壓，從而達到提高自然功率因數(shù)的效果。

2.2 采用無功補償裝置

采用無功補償?shù)姆绞綄β室蛩剡M行提高，需要在配電系統(tǒng)中安裝補償設備，通過補償設備的無功功率達到提升功率因數(shù)的目的。從電路原理來看，通過對配電系統(tǒng)中增加無功補償裝置會造成交流電路中的功率損耗，但是，針對自然功率因數(shù)的提升有一定的局限性。因此，針對系統(tǒng)的功率因素為了最大化的滿足對應的需求，需要進行增加無功補償裝置來進行補償，補償裝置的等效電路圖兩關系主要如圖1所示。

從圖1的等效電路圖中可以看出，整個電路的電流和電壓以及負載電流的流向以及電阻之間的關系通過對應的公式計算出其對應的功率。通過計算可以發(fā)現(xiàn)無功功率超前數(shù)值在90度，并且通過對應的配電系統(tǒng)以及電容器產(chǎn)生無功電力，為對應的供電設備做出對應的無用功。通過對應的功率因數(shù)計算可以看出，降低整個配電系統(tǒng)過程中的功率損耗率就能夠到提升電路中的功率因素。通過提高整體交流電路中的功率因素，整個配電系統(tǒng)的線路及變壓器中的對應質量能量消耗，以此能夠達到提高配電系統(tǒng)電能質量的提升。針對無功功率裝置補償對整個交流電路進行功率補償，針對設備的增加以及補償前后整個電路功率相量關系如圖2所示。

從圖2可以看出感性負載電壓電流的向量分布以及角度，感性無功功率與電流之間呈90°，說明其功率的電流滯后于電壓。對應的負載設備，如電動機變壓器等在整個交流電路中，對電容器有一個正弦電壓的作用。只可以根據(jù)對應的公式計算出整個線路的變壓器功率損耗，從圖中可以看出，將功率因素有角1提高到角2大程度的減少無功功率，從而提高了整體配電系統(tǒng)的電能利用率。

2.3 電容補償

將裝置與電容負載的感應部分連接，當感性負載釋放能量時，電容負載可以吸收能量。當容性負載釋放能量時，當感性負載能夠吸收能量時，能量是感性負載與電容負載兩部分之間互相交換的。感性負載吸收的無功功率通過其補償原理補償電容性負載的輸出，即低壓電容器側運行。一般情況下，它接受功率控制的自動操作。由于屬類型的不同，決定了負載電容組的容量和數(shù)量。當電氣系統(tǒng)正常供電時，控制器功率因數(shù)引起的功率因素進行調整。為了改善低功率輸出指標，以及對配電系統(tǒng)的供電生產(chǎn)率造成的能源浪費進行分析，應有效提高功率輸出率。利用低壓無功補償應完善電力總體輸出設備、高壓無功補償裝置廣泛應用大功率的高壓配電系統(tǒng)設備中。

圖1 等效電路圖

圖2 向量關系圖

3 提高配電系統(tǒng)功率因數(shù)

3.1 降低了本身電能的損耗

首先，根據(jù)對功率因素對長高配電系統(tǒng)的影響進行分析可以看出，通過改進功率因素能夠對配電系統(tǒng)的整個交流電路的供電各個元器件之間的電能損耗進行降低，從而達到了提高配電系統(tǒng)電能質量。其次，針對改善功率因素能夠保護電路中變壓器，電器導線等等設備使用損耗情況。最后，通過提高功率因數(shù)能夠使整個配電系統(tǒng)在各方面設備容量不變的情況下，增加各方面電容器的負載容量，從而提高了整個配電系統(tǒng)在運行過程中的使用效率。

3.2 提高設備的利用率

對功率因數(shù)的提高能夠從根本上對配電系統(tǒng)、交流電路中的各個設備得到充分的利用。從對應的公式計算可以看出，在交流電路中負載的功率因數(shù)等于一時能夠使配電系統(tǒng)的電源設備利用達到最大化，當交流電路中的功率因數(shù)小于一時，則電路中的一部分功率則做無用功，因此降低了總體的利用率。從以上各個方面可以看出，對于功率因數(shù)的提高能夠大大地加大配電系統(tǒng)以及交流電路中的設備利用率，從而對其的功率以及電能質量利用率達到最大。

3.3 加大變頻器的功率輸出

對于配電系統(tǒng)中電力變壓器的損耗能量能夠直接影響功率因數(shù)的作用，因此，功率因素和變壓器之間存在著密不可分的關系。變壓器是對功率消耗最大的設備之一，根據(jù)我對工廠中的配電系統(tǒng)變壓器進行統(tǒng)計分析，可以發(fā)現(xiàn)大部分工廠企業(yè)的配電系統(tǒng)電路中消耗功率最大的就是異步電動機和變壓器，其消耗功率達到60%～70%左右。因此，對于功率因數(shù)的提高能夠大大的影響電力變壓器消耗的功率，通過改變變壓器消耗功率使得其在空載過程中達到一定的無功功率滿載百分比的1/3左右。從對應的功率因素提高改進工廠配電系統(tǒng)的變壓器空載運行和長期處于一個低負壓的狀態(tài)，由此提高整體的配電系統(tǒng)電能質量以及整體的利用率。

4 結語

通過上文的分析可以看出，工廠的配電系統(tǒng)由于其生產(chǎn)的需求量需要的電量會比一般情況下要求更加高，同時，工廠大面積的用電需求從利益最大化的角度來看，加大功率因素能夠為其減少能源提到了重要的作用。功率因素對于配電系統(tǒng)的消耗和利用率都有著直接的關系，同時功率因數(shù)的提高不僅能夠對配電系統(tǒng)的電能質量進行提高，還能夠對交流電路中各個電氣設備功率利用率達到最大化。因此，本文對提高功率因數(shù)方法以及企業(yè)作用做出了對應的研究與分析，為工廠日后的生產(chǎn)和發(fā)展過程中，對配電系統(tǒng)電能質量的提高提出一定的參考價值。