功率因數降低的原因分析及對策

功率因數降低的原因分析及對策

劉喬芬

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

摘要：功率因數是衡量一個工業企業電力系統是否經濟運行的重要指標，供電部門一般要求用戶功率因數要達到0.9以上，提高系統功率因數不僅能減少供電線路的功率損耗及電能損耗，還可以提高電能質量，一般企業通過無功補償的手段來提高功率因數。現簡述一般工業企業提高電力系統功率因數的幾種有效措施。

關鍵詞：功率因數；電力系統；無功補償

收稿日期:2015-05-18

作者簡介：劉喬芬(1985—)，女，湖北孝感人，助理工程師，研究方向：電氣專業。

1功率因數的基本概念

簡單來講，功率因數表示總功率中有功功率所占的比例，其表達公式為：

cosφ=P/S

S2=P2+Q2

式中，S為視在功率(VA或kVA)；P為有功功率(W或kW)；Q為無功功率(var或kvar)。

當有功功率一定的時候，無功功率越小，功率因數越大。供電部門在收取企業電費時將功率因數作為一個考核指標，小于0.9時會進行經濟處罰，而超過0.92則會根據用電負荷情況有相應的功率因數調整獎勵，直接與企業的經濟效益相掛鉤，所以企業單位對于控制功率因數非常重視。

通過改善功率因數，不僅可以減少線路中的損耗，還可以減少供電系統中的電壓損失，提高末端電壓，使負載電壓更加穩定，改善供電質量，提高用電設備的工作效率，節約電能。功率因數作為電力系統的一個重要指標一直備受重視，本文研究了工業企業常用的幾種提高功率因數的措施，希望能指導企業確保功率因數在0.9以上，以滿足供電局的要求。

2功率因數變低的原因

一般工業企業消耗的無功功率中，異步電動機占比較大，約70%，變壓器約占20%。異步電動機之所以無功消耗大，是因為在其運行過程中，為產生旋轉磁場需要吸收大量的無功，這就導致了系統的功率因數降低，所以在設計過程中應正確選擇異步電動機的容量以及變壓器的容量，電動機的經常負荷應不低于額定容量的40%，變壓器負荷率在75%為宜，但是一般工業企業從安全角度出發，在設計時往往考慮有冗余，變電所變壓器并非在經濟運行狀態下，一般負荷率不到30%，導致系統無功消耗比較高。由于這些原因，系統無功過大，就會導致功率因數變低，所以需采取有效措施提高功率因數。

3提高功率因數的幾種有效措施

3.1電容器無功補償

無功補償作為一種最為普遍的方式得到了廣泛應用。大型企業主要的用電負荷為異步電動機，為感性負載，無功需求較大，所以在設計初期就要考慮到無功補償，采用人工投用電容器的方式來提高功率因數。一般企業大多采用在高壓和低壓母線上進行功率因數集中補償。采用并聯電容器時，為了盡量減少線損和電壓損失，宜就地平衡補償，即低壓部分的無功功率由低壓電容器補償，高壓部分的無功功率由高壓電容器補償。電容器經串、并聯之后，成組掛接在中壓母線上，另一端接地。這樣布置的電容器稱之為并聯電容器，能起到補償電動機、變壓器等感性電氣設備消耗的無功功率的作用。并聯電容器產生的無功可提高功率因數、降低線路損耗、提高母線電壓以及提高電氣設備抗電網擾動能力，但是，電容器的功率公式是QC=U2·ω·C，電容器在提高母線電壓的同時，輸出的功率與電壓的平方成正比，可能造成自身過載。因此，選用電容器的額定電壓須高于配電母線的標稱電壓，譬如6 kV母線應選配7.2 kV電容器組，35 kV母線應選配40.5 kV。此外，電容器組應選用串級數少的，最好單臺電容器就達到配電母線所需電壓水平。串聯電容器當一臺絕緣擊穿時，就得持續承受高于額定值的電壓，很快就會因為過載而損壞。

3.2采用同步電動機

一般用電負荷都屬于異步電動機，所以為了平衡無功，當工藝條件適當，證明工藝設備采用同步電動機也合理的時候，可采用同步機，利用同步電動機過勵磁超前運行，以補償系統的感性無功功率，提高整個系統功率因數。同步電動機輸出的無功功率為：

QM=Srq

式中，Sr為同步電動機的額定容量(kVA)；q為同步電動機的補償能力(kvar/kVA)。

但是，同等條件下，同步電動機較異步電動機費用更高，不經濟，且運行的穩定性較差，所以一般工業企業應用得較少。

3.3發電機勵磁系統調節

一般工業企業都有發電機組，一方面作為自備電廠發電設備，另一方面還可補償系統無功功率，提高功率因數，相較于電容器補償，發電機勵磁系統調節更具有操作性，可實時調節，方便快捷。發電機既是唯一的有功功率電源，又是基本的無功功率電源，一般中小型發電機的額定功率因數為0.8～0.85，如果發電機的有功輸出未滿載，在保證發電機的電壓在額定電壓范圍內且在正常狀態下運行的前提下，發電機的無功功率可以適當提高，也即可適時調整補償系統的無功功率，從而提高整個電網系統的功率因數。但是，發電機無功輸出是有限的，只能在保證發電機額定功率的情況下進行無功輸出。

4一般工業企業無功補償措施建議

工業企業通常不會采取一種措施來提高功率因數，而是結合幾種方式一起，優化無功補償方案，這樣補償效果更好。一般工業企業既有電容器無功補償，也有發電機勵磁系統調節。

電容器集中補償：當前大型工業企業普遍采用在部分裝置二級變電所的母線上安裝電容器無功補償來實現電壓、無功的集中控制。這種集中補償方式，解決了工業企業內部電網的功率損耗問題，滿足了供電部門對用戶功率因數的要求，但也存在一些問題，無功補償的電容器容量是固定的，且是人工補償，響應速度有限，且很難控制功率因數，并且電容器幾種補償只能針對上一級線路，調整上級功率因數，對下級線路的經濟運行不起作用。

就地分散式補償：對于大功率的用電設備宜采用就地補償裝置，一方面提高功率因數，另一方面還能取得節能的效果。

工業企業一般通過電容器集中補償，解決大部分無功損耗的問題，然后通過就地補償，補償部分無功，然后剩下的無功損耗通過發電機勵磁系統實時調節。當然，這些都要經過分析判斷，需由電氣值班人員根據本單位電力系統的具體情況采取有效措施。調節發電機勵磁系統所增加的無功仍然不足以供應系統無功，保證較高水平的功率因數，此時就需要考慮投用電容器。工業企業的生產裝置負荷大、變化快，需要高素質的電氣值班人員根據生產負荷情況分析系統運行狀況，采取合適方式實施調整，從而將功率因數保持在一個較好的范圍內。

5結語

總之，工業企業不管采用何種方式提高功率因數，例如無功補償或其他辦法，這對于企業電網運行的經濟效益和節約電能都具有十分重要的意義。

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