淺談工業企業功率因數及無功補償

劉廣軍

摘要：本文闡述了功率因數的概念、提高功率因數的意義及方法，并結合企業實際情況介紹了無功補償的實施情況和效果。

關鍵詞：功率因數、無功補償

1、功率、功率因數

在電網中，功率分為有功功率、無功功率和視在功率。交流電網中，由于有阻抗和電抗（感抗和容抗）的同時存在，所以電源輸送到電器的電功率并不完全做功。凡實際為電器（電阻性質）所吸收的電功率叫有功功率，常用單位為kW（千瓦），而電感和電容所儲的電能仍能回輸到電網，這部分功率在電源與電抗之間進行交換，交換而不消耗，稱為無功功率，常用單位為kVar（千乏）。

電壓和電流的乘積稱為視在功率，用字母S表示，常用單位為kVA（千伏安）。

有功功率與視在功率的比值就是功率因數，用COS表示。

COS=P/S

在一定的有功功率下，當用戶的COS比較小，視在功率比較大，為了滿足用電的需要，供電線路和變壓器的容量需要大，這樣，增加了供電投資、降低設備利用率，也增加線路網損。負載的功率因數過低，供電設備的容量不能充分利用，在一定的電壓下向負載輸送一定的有功功率時，通過輸電線路的電流增大，導線電阻的能量損耗和導線阻抗會造成電壓降。所以，功率因數是電力系統中的一個重要指標。

在工業企業中，由于存在大量的電動機和變壓器，電動機和變壓器運行時需要建立磁場，造成電流滯后電壓，功率因數較低，因此需要對其進行就近和就地補償。

2、提高功率因數的意義

2.1提高功率因數有利于充分利用供電設備的容量，使同樣的供電設備為更多的用電器供電。

每個供電設備都有額定的容量，即視在功率S，有功功率越大，電路中的有功功率P就越大，提高功率因數，可使同等容量的供電設備向用戶提供更多的功率，提高供電設備的能量的利用率。

2.2提高功率因數有利于減少供電線路上的電壓降和能量損耗

在交流電路中，故用電器的功率因數越高，則電路中的電流就越小，輸電線和設備的電壓降和功率損耗就越小。故提高功率因數，能減少供電線路上的能量損耗，改善電壓質量。

2.3提高功率因數有利于降低企業電費

目前我國實行功率因數調整電費辦法，根據供電容量為工業企業規定功率因數考核標準值（例如160千伏安以上的高壓供電工業用戶功率因數考核標準值為0.9），企業實際功率因數高于考核指標，按每提高1%給予0.15%的電費減免，企業實際功率因數低于考核指標，則按每降低1%給予0.5%的電費處罰，因此提高功率因數有利于降低企業電費。

3、提高功率因數的方法

提高功率因數的方法可分為提高自然功率因數和采用人工補嘗兩種方法。

3.1提高自然功率因數的方法

3.1.1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”。

3.1.2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）。

3.1.3避免電機或設備空載運行。

3.1.4合理配置變壓器，恰當地選擇其容量。

3.1.5調整生產班次，均衡用電負荷，提高用電負荷率。

3.1.6改善配電線路布局，避免曲折迂回等。

3.2人工補償法

使用電路電容器或調相機，一般多采用電力電容器進行無功補嘗，即通過在感性負載上并聯電容器的方法來補償感性負載的無功功率，提高功率因數。

無功補償通常采用的方法主要有3種：高壓集中補償、低壓集中補償以及低壓個別補償。

3.2.1高壓集中補償

高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用；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。同時便于運行維護，補償效益高。

3.2.2低壓集中補償

低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

3.2.3低壓分散補償

低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。

4、應用實例

某公司有三個主變電所，通過采取高壓集中無功補償方式，功率因數得到了明顯的提高，取得了良好的效果。具體實施情況和效果如下表：

通過表中數據可見，通過實施無功補償，公司電費支出和變線損均明顯降低，改造投資回收期最長的為7個月，經濟效果顯著。另外，采取高壓集中無功補償后，供電質量（諧波和電壓等）均得到不同程度的改善。

5、結束語

對電網來說提高功率因數能夠降低供電投資，提高設備利用率，降低線路網損，提高供電質量，對企業來說提高功率因數有利于充分利用供電設備的容量，減少設備投資，降低變線損，減少電費支出。