淺談提高水泥企業電力系統功率因數的方法

張明君

（淮北礦業相山水泥有限責任公司，安徽 淮北 235000）

淺談提高水泥企業電力系統功率因數的方法

張明君

（淮北礦業相山水泥有限責任公司，安徽 淮北 235000）

在水泥企業供電系統中，衡量其電能利用程度及電氣設備使用狀況的重要指標便是功率因數。電力系統工作過程中，用戶功率因數的高低與電力網中的功率損耗和電能損耗密切相關，且會導致供電線路的電壓損失和一定范圍內的電壓波動，這對于企業節約電能和保證整個供電區域內的供電質量都會產生不利影響。本文從功率因數低對電路的影響入手，介紹并討論了影響電力系統功率因數的幾個重要因素，并針對不同的問題提出了相應的解決措施，指出了提高水泥企業電力系統功率因數的價值和意義。

水泥企業 電力系統 功率因數 無功補償 提高方法

引言：功率因數是輸電過程中視在功率供給有功功率消耗所占百分比，經濟的飛速發展使水泥企業對電力的需求不斷提高，隨之而來的是諸如能源的巨大消耗和資源利用率低下的問題。這些問題無疑會使企業蒙受巨大的損失，因此，能源的合理配置是極需解決的問題。功率因數直接反映了企業電力系統中有功功率與無功功率的分配情況，在電力系統的運行中，功率因數的提高可以提高能源的利用率。因此必須做好無功功率的補償，才能改善提高用戶功率因數，有效地降低電能損失，保障企業效益。

一、影響功率因數的主要因素

對水泥行業的設備無功損耗的特點進行綜合分析，可以將影響功率因數的主要因素分為以下幾點：

(1) 大量的電感性設備消耗較多的無功功率。在水泥企業中，異步電動機等設備是無功功率的主要消耗者，且在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%，這對電力供應的質量和效率都有很大的影響，只有提高其負載率，防治電動機空載運行，才能更好地改善異步電動機的功率因數。

(2) 變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的 10%～15%，但其空載時的無功功率較高，這就浪費了大量的電能，因此要提高電力系統的功率因數，在變壓器的運行方面，不應空載運行或使其長期處于較低負載狀態。

(3) 供電電壓的波動超出規定范圍。考慮到磁路飽和對供電系統的影響，當供電電壓超出額定值 10%以上時，會導致無功功率較快增長；同時，若供電電壓低于額定值，則會使無功功率減少，相應的功率因數提高，但考慮到企業供電系統正常運行對供電電壓穩定性的要求，應當以保持電力系統供電電壓穩定為主要措施。

二、功率因數低對電路的影響

2.1不能實現對電源設備容量的充分利用

在電力系統中，提供電能的發電機的設計需要按要求的額定電壓和額定電流進行設計。在正常工作狀態下，電源功率因數與負載密切聯系，即較低的功率因數，導致電源輸出的有用功率越小，這就導致電源的部分能量會以無功功率形式在電源和負載之間進行轉換，這就導致電源向負載輸出的功率減少，電源設備的容量利用率降低。

2.2在供電線路及設備上的損耗增加

若電源的供電電壓和輸出功率一定， 則功率因數越低，線路損耗越大，即供電線路上的電流與用戶所帶負載的功率因數成反比，導致在線路上的電壓降就越大。由此可見，負載功率因數的提高，不僅是對企業本身經濟效益的保證，還是對能源的節約，但是，負載的提高不能對電力系統原有的工作狀態產生影響，而可以通過減小無功功率來減少線路損失、改善電壓質量、充分發揮企業供電設備的生產能力和工作效率，同時為企業節約電能。

此外，在設備處于較低負載或空載狀態下運行時，便會導致大量的無功損耗，致使整個系統的電能損耗增加。無功補償，就是以局部為主，考慮到整個系統的情況，借助無功補償設備提供設備所必要的無功功率，來提高電力系統的功率因數，降低設備的能耗，改善電力系統的電壓質量。

三、提高功率因數的方法

3.1 無功功率補償

無功補償的重點是對補償方式的選擇和補償容量的確定。首先是對補償方式的認識， 在水泥企業一般有高壓集中補償、高壓就地補償和低壓成組補償三種方式。

高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6～10kv高壓母線上的補償方式。當用戶本身產生高壓負荷時，會使電力系統的無功消耗相應地減少，并且補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。這種方法運行維護方便，投資少，利用率高，在大中水泥企業中廣泛應用。靜止式進相器是專為大中型繞線式異步電機節能降耗設計的無功功率就地補償裝置。通過改變轉子電流與轉子電壓的相位關系，改變電機定子電流與電壓的相位關系，達到提高電機自身的功率因數和效率，降低電機定子電流和電機自身損耗的目的。低壓成組補償是將移相電容器裝設在車間變電所的低壓母線上，這種補償方式補償范圍較大，能夠補償車間變電所低壓母線前的車間變電所主變壓器和廠內高壓配電線及前面電力系統的無功功率，且在實用中經濟性較好，運行維護方便。

在完成補償方式的選擇后，需要確定補償容量，一般根據單負荷就地補償容量計算方法進行容量計算，對于多負荷補償容量的選擇則需要根據補償前后的功率因數來確定。另外，補償電容器的優勢在于安裝簡單、運行穩定可靠、利用率較高。但在電氣設備不連續運轉或較低負荷下運行時，要注意過分補償影響電壓質量。總之，對于低壓來說最好采用電容器組自動控制補償，即根據負荷大小自動判斷投入無功補償容量的多少。

3.2 提高自然功率因數措施

在不設置任何補償設備的情況下，可以通過采取措施來減少供電系統中無功功率來提高功率因數，一般性的措施有以下幾點：

①調整工藝，改善設備的工作狀況，使電能得到最好的利用

②合理使用異步電動機。包括以小電動機代替負荷不足的大電動機、負荷不足的電動機可用降低外加電壓的辦法提高功率因數、限制電動機的空載運行、提高電動機的檢修質量等方法來減少無功功率損耗，提高功率因數。

③合理使用變壓器。對變壓器進行合理的更換或調整，負荷較小時切除部分變壓器，減少無功功率的需要量，提高自然功率因數；兩臺變壓器并列運行時，若負荷小于臨界功率，應單臺變壓器獨立運行，當負荷大于臨界功率時，應兩臺變壓器并列運行。

④采用同步電動機提高自然功率因數。

結語：通過無功功率補償提高功率因數是工業企業電力系統運行過程中一項非常重要的技術措施，提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，可以有效降低系統能耗、節省電費開支、提高設備利用率，使系統不致于過載運行，從而發揮原有設備的潛力，保證企業運行的經濟性和穩定性。

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[3]陸定安；功率因數與無功補償[M].上海；上海科學普及出版社，2004.

[4]邢立波；淺談電網的無功補償技術[J].科技信息, 2007(12).

TQ172

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1007-6344（2015）02-0006-01

張明君（1989-）男，漢，安徽淮北人，淮北礦業相山水泥有限責任公司，助理工程師，本科學歷，機電設備管理方向。