低壓配電網功率因數影響因素及其提高措施分析

趙志剛

（國網浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華321000）

0 引言

在電力網絡運行中，網絡中供給的視在功率S與有功功率P的比重，稱為功率因數。在低壓配電網中，功率因數就是線電壓和線電流之間的相位差（φ）的余弦，一般使用表達式cosφ來表示，即cosφ＝P／S。當然我們希望功率因數越大越好，一般來說有功功率占視在功率因數比重很大，而無功功率的傳輸和功率因數有著很大關系，配電網中最理想的狀態是使功率因數趨向于1，這樣可以有效避免無功功率在配電網設備中進行能量交換。提高供電企業、用戶功率因數，可以將發電、供電設備物盡其用，效能達到極致。對廣大供電企業來說，特別是對于農村電網，如果能夠對配電低壓網絡進行有效補償，不但可以使上級電網壓力大大減輕，還可以將各種效益發揮到到最大化，使得配電設備、農網設備效益當量達到預期。

1 影響功率因數的主要因素

用電設備使用時，一方面在消耗有功功率，一方面也在消耗無功功率，在總的視在功率當中占有一定比重，當用電設備消耗的視在功率一定，而有功功率由于用電設備功率限制不能增加時，只有減少無功功率需求量，同時減少網絡當中無功傳輸量，最有效的方法就是采用就地無功補償，提高有功功率的傳輸，減少無功功率的傳輸。

1.1 系統變壓器和電動機消耗功率

電動機分為同步電動機和異步電動機，其中異步電動機定子和轉子之間氣隙在轉子產生磁通時會消耗大量無功功率。對于異步電動機，要盡量提高其空載無功功率，在帶有負載時，異步電動機的無功損耗是由空載無功損耗和負載無功損耗兩部分組成的。對于網絡中的變壓器，特別是配變，所消耗的無功功率主要是變電器空載無功功率，因而為了提高供電企業以及用戶的功率因數，變壓器應該有一定負載率，特別是容量大的變壓器，空載損耗也相應增加，如果使變壓器長期運行于空載或者近似空載狀態，就會消耗很大的無功功率。

1.2 電壓值超出規定限值會對無功消耗有很大影響

供電母線電壓波動限值要求上下波動在10%以內，當用戶的供電電壓偏高，比額定電壓高時，無功功率消耗就會隨之明顯提高。供電企業統計資料顯示，無功功率提高與電壓提高基本成一定比例；而當電壓降低時，無功功率會大幅度降低，但是電壓太低會影響用電設備使用效率，因此提高功率因數需要將電壓控制在規定范圍內。

2 低壓配電網無功補償的方法

提高功率因數的主要方法是采用低壓無功補償技術，我們通常采用的方法主要有3種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。這3種補償方法有著各自的特點，具體的選擇思路是簡單、可靠，減少配電網中的電壓損失，使得配電終端的電壓更穩定，提高配電的質量，滿足用戶的用電需求。

2.1 隨機補償

隨機補償就是用綜合無功消耗技術即時監控異步電動機無功消耗需求，進行精確無功補償，實現無功補償無延時、無差別、無誤差，大幅度提高設備效能，建立長久無功監察機制。隨機補償的優點是：無功監控實時準確，實現補償無誤差，不用人工投切電容器進行補償，降低勞動強度，綜合自動化無功補償裝置具有實效、快速、簡單、可靠的無功補償特性，適用于電網異步電機，是一種應用廣泛的補償手段。

2.2 隨器補償

隨器補償是將并聯補償電容器通過高壓熔絲并聯在需要進行無功補償的變壓器上，在低壓配電網尤其是農網用戶，配電變壓器的無功消耗占總無功消耗的一大部分，隨器補償可以將這部分無功需求有效降低。這種補償方式對于配電變壓器或者小容量變壓器來說，是相當有效的補償方式，而對于整個低壓配網或農網，隨器補償會使無功功率的消耗大幅度下降。

2.3 跟蹤補償

這種補償方式選擇比較靈活，通過投切無功補償裝置，對隨機補償和隨器補償進行靈活整合，針對小容量配電變壓器或者專用變壓器進行合理有機組合，靈活調整補償方式，并不斷進行切換，讓補償方式隨著配變以及專變無功需求靈活改變。

3 提高功率因數的方法

3.1 提高自然功率因數

3.1.1 提高電力系統自然因數

如果降低電力系統中用電設備無功負載，對一些無功負載大的電力設備進行置換，這對于提高自然因數是有效的，不需要增加補償裝置，不但可以節省設備投資，而且可以有效地降低配網的輸送損耗，提高經濟性，因此應當采取，可以有效地提高配網終端的功率因數。

3.1.2 使電動機在最佳狀態運行

電動機參數是一項重要的無功指標，標志著電動機消耗無功功率是否滿足要求，如果電動機額定功率遠大于需求功率，那么電動機將長期運行在小負荷或者輕載狀態，這對于電動機無功消耗百害而無一利，合理地選擇電動機的容量既可以節約電能，又可以提高功率因數。

3.1.3 加強異步電動機的維修效果

理論表明，異步電動機結構決定了自身的無功需求，對于異步電動機維修后結構狀況，盡量不要使定子和轉子之間氣隙有所變化，否則會惡化異步電動機運行環境，增加無功消耗。

3.1.4 提高電機功率因數

同步電機消耗有功和同步電機所帶負荷數量息息相關，負荷越大，有功消耗越大，無功消耗和轉子繞組內勵磁電流密切相關，如果同步電機處于過勵磁狀態，則同步電機向電網發出無功；如果同步電機處于欠勵磁狀態，則同步電機從電網吸收無功。所以，即時調整同步電機勵磁方式，可以調整無功消耗。而同步電機勵磁方式和自身功率因數有關，如果提高同步電機功率因數，則可以讓同步電機處于欠勵磁狀態，就可以向電網輸送無功功率。

3.2 人工補償無功功率

功率因數和供電企業效益密切相關，并代表了供電企業的供電質量以及供電可靠性和監測合理性，在用電側，功率因數同時也需要補償，這樣才可以有效提高整個電力網絡的功率因數，保障供電質量。

3.2.1 靜態補償

電力網中感性元件所產生的感性無功是對系統輸出的無功功率，如果感性負載并聯電容器進行補償，而電容需要吸取無功功率，當電容C的值滿足條件，使得感性無功和容性無功相互抵消，則元件不會向配網吸收無功，也不會輸送電網無功滿足電網對無功功率的補償要求。

3.2.2 動態無功補償

對于動態無功功率，由于其波動幅度大、速度快、隨機性強，使用傳統補償工具如靜態電容器和大容量調相機，已經不能滿足動態無功功率補償方法，目前一般采用的新型動態無功功率補償設備是靜止無功補償器。它具有優化并改善系統電壓質量、快速補償動態無功功率、補償準確等特點，對動態無功功率具有很好的補償效果。

4 結語

本文集中探討了功率因數對于電力網絡和用戶的作用，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的一般方法，分析了它們各自的優勢與缺點。努力強化配電網絡無功補償，就是為了實現無功就地補償，這對于配網安全運行是非常重要的。

［1］王莉麗.影響電力系統電壓穩定性的因素分析［D］.重慶大學，2004

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