功率因數補償在工廠供電中的應用

摘 要:功率因數的大小直接影響到變配電設備輸出有功功率的能力，針對化工廠對供電系統安全平穩高效的用電要求，我們引入功率因數補償的方法使其成為化工廠穩壓節能的主要途徑。本文通過其在供電系統中的應用，研究出幾種適合化工廠實際的功率因數補償的方法，包括提高自然功率因數和采用人工補償兩種方法。其中采用分組補償法改善功率因數使化工廠安全有序生產，從而使負載電壓穩定，并達到節能的目的。

關鍵詞:功率因數功率因數補償工廠供電

中圖分類號:TD76文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0129-01

如何提高工廠供電系統的運行效率？合理的功率因數補償是一個不錯的選擇。功率因數對整個供電系統來說是一個很重要的技術參數。它是衡量電氣設備效率高低的一個系數，它的大小直接影響到變配電設備輸出有功功率的能力.功率因數低，降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。供電部門對用功率因數有一定的標準要求，目前就國內而言功率因數規定是必須介于電感性的0.9～1之間。

1 功率因數對工廠供電的影響

功率因數是指在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦，用符號cosΦ表示，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。

在工廠供電系統中，絕大多數用電設備都具有電感性，(如感應電動機、電力變壓器、電焊機)等，這些設備不僅需要從電力系統吸收有功功率，還要吸收無功功率以產生這些設備正常工作所必需的交變磁場。然而在輸送有功功率一定的情況下，無功功率增加，就會降低供電系統的功率因數。從而給供電系統帶來不良影響。提高工廠的功率因數，不但有助于改善供電系統供電質量，而且減少無功損耗可實現節能的目的，目前通過改善工廠功率因數的方法，以成為工廠節約電能的一個主要途徑。

2 提高功率因數的益處

(1)通過改善功率因數，減少了供電系統中的電氣元件，不但減少了投資費用，而且降低了本身電能的損耗。

(2)藉由良好功因值的確保，從而減少供電系統中的電壓損失，可以使負載電壓更穩定，改善電能的質量。

(3)在既有設備容量不變的情況下，裝設電容器后，可以提高功率因數，增加負載的容量。例如，一臺800kVA變壓器之功率因數從0.8提高到0.98時:補償前:800×0.8=640kW補償后:800×0.98=784kW。同樣一臺800kVA的變壓器，功率因數改變后，它就可以多承擔144kW的負載。

3 功率因數補償的幾種方法

功率因數補償可分為提高自然功率因數和采用人工補償兩種方法。

3.1 提高自然因數法

(1)恰當選擇電動機容量，減少電動機無功消耗，防止“大馬拉小車”。

(2)對平均負荷小于其額定容量40%左右的輕載電動機，可將線圈改為三角形接法(或自動轉換)。

(3)避免電機或設備空載運行。

(4)合理配置變壓器，恰當地選擇其容量。

(5)調整生產班次，均衡用電負荷，提高用電負荷率。

(6)改善配電線路布局，避免曲折迂回等。

3.2 人工補償法

實際中可使用電路電容器或調相機，一般多采用電力電容器補嘗無功，即:在感性負載上并聯電容器。

在感性負載上并聯電容器的方法可用電容器的無功功率來補償感性負載的無功功率，從而減少甚至消除感性負載于電源之間原有的能量交換。

在交流電路中，純電阻電路，負載中的電流與電壓同相位，純電感負載中的電流滯后于電壓90°，而純電容的電流則超前于電壓90°，電容中的電流與電感中的電流相差180°，能相互抵消。

電力系統中的負載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個角度，將并聯電容器與負載并聯，則電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流減小，功率因數將提高。

并聯電容器的補償方法又可分為:(1)個別補償。即在用電設備附近按其本身無功功率的需要量裝設電容器組，與用電設備同時投入運行和斷開，也就是再實際中將電容器直接接在用電設備附近。(2)分組補償。即將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路出線上，它可與工廠部分負荷的變動同時投入或切除，也就是再實際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。(3)集中補償。即把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側的母線上。在實際中會將電容器接在變電所的高壓或低壓母線上，電容器組的容量按配電所的總無功負荷來選擇。

但是，采用電容器補償功率因數，也存在這一些弊端。有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等;可飽和設備如變壓器、電動機、發電機等;電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等，這些設備均是主要的諧波源，運行時將產生大量的諧波。諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連接于電網的電器設備都有大小不等的危害，主要表現為產生諧波附加損耗，使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。

并聯到線路上進行無功補償的電容器對諧波會有放大作用，使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發熱等。諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時，可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。

因此，如果系統量測出諧波含量過高時，除了電容器端需要串聯適宜的調諧電抗外，并需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。

通過研究發現個別補償法適合用于低壓網絡，優點是補償效果好，但缺點是電容器利用率低。集中補充法優點:是電容器利用率高，能減少電網和用戶變壓器及供電線路的無功負荷。缺點:不能減少用戶內部配電網絡的無功負荷。分組補償法優點是電容器利用率較高且補嘗效果也較理想。因此根據我廠的實際用電情況分組補償方法更適合。

4 結語

(1)提高功率因數的益處有減少了供電系統中的電氣元件，減少供電系統中的電壓損失，增加負載的容量。

(2)功率因數對整個供電系統來說是一個很重要的技術參數。功率因數補償的幾種方法:可分為提高自然功率因數和采用人工補償兩種方法。根據我廠的實際用電情況分組補償方法更適合。

參考文獻

[1]高吉祥.數字電子技術[M].北京:高等教育出版社，2003.

[2]張義和.ProtelDXP電路設計大全[M].北京:中國鐵道出版社，2005.

[3]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京:機械工業出版社.2000.