功率因數對工廠供配電系統電能質量的影響

邵婷

摘要：社會進步迅速的同時，各行各業的發展也有了很大的改善。眾所周知，電能是現代工業生產的主要能源和動力，現代社會信息技術和其他高新技術都是建立在電能應用基礎之上的。但是，電能的生產、供應和使用過程是同時進行的，只能用多少發多少，不像其他商品那樣可以大量儲存。因此，發電、供電和用電每時每刻都必須保持平衡。否則，用電負荷增加，電力系統的頻率和電壓就要下降，可能造成嚴重的后果。在負荷正常的情況下，如果功率因數達不到規定的要求，則會造成電能的極度浪費和有色金屬的過度損耗，這些在合理的運用電能方面都是不允許的。在今日的世界，人均用電量反映了一個國家現代化程度的高低，而在我國人均用電量僅為世界平均水平的一半。為了進一步提高我國的現代化水平，我們所面臨的問題是如何提高電能的利用率。解決此問題的最好辦法就是提高電力系統及用電設備的功率因數，有效的利用電能。

關鍵詞：功率因數;工廠供配電系統;電能質量;影響

引言

在工業信息化時代，工業生產和居民生活都離不開電能，供配電系統的穩定性和電能質量已經對工廠生產產能的提高產生了重大影響.在工業生產中，為提高生產效能和效益而引進的高新精密設備和先進技術對工廠供配電系統的可靠性和電能質量提出了更高的要求，提高供配電系統供電效率和改善供電電能質量成為工廠提高生產效能和效益不容忽視的重要環節。

1工廠供配電系統電氣節能技術設計原則

在實際工廠供配電系統設計中，要遵循以下原則進行設計，以達到節能效果：首先，經濟適用性原則。工廠供配電系統節能設計的根本目的就是降低供配電系統的運行成本，提高用電效率及用電效益，因此節能技術要遵循經濟適用性原則。常用的人工無功補償具有靈活性能好的優勢，提高系統的功率因數可降低損耗，在減少工廠電能成本的基礎上提高工廠的經濟效益及社會效益。其次，實事求是原則。工廠企業經營的最終目的是實現利潤最大化，工廠要在市場競爭中取得更大的優勢，就必須尋找科學、合理的發展機遇。在環境問題日益突出、國家對環境保護要求越來越高的大背景下，作為能源消耗大戶的各類工廠也要本著實事求是的原則降低環境污染，緩解國家供電壓力，全面落實工廠供配電系統的節能，以實現國民經濟發展與工廠自身持續經營的雙贏局面。最后，優化原則。隨著“生態文明建設”“綠色可持續發展”理念的不斷深入，我國越來越多的工廠供配電系統設計施工將節能降耗放在首位，采用先進的科學技術、施工工藝，廣泛引進新型的環保材料，比如應用永磁接觸器來借助于永磁力進行合閘保持，該技術可以實現合閘狀態下電流降為零，因此大大降低了電能消耗量。

2功率因數對工廠供配電系統電能質量優化措施

2.1并聯電容器的裝設地點

并聯電力電容器在工廠供配電系統中的裝設位置有三種，即高壓集中補償、低壓集中補償和單獨就地補償。高壓集中補償高壓集中補償是指將高壓電容器組集中裝設在工廠變電所的6～10kV母線上。該補償方式只能補償總降壓變電所的6～10kV母線之前的供配電系統中由無功功率產生的影響，而對無功功率在企業內部的供配電系統中引起的損耗無法補償，因此補償范圍最小，經濟效果較后兩種補償方式差。

工廠供配電系統功率因數的研究涉及的方面是很多的，而以上僅僅只是對于供配電系統因數的幾個主要方面的研究，并且由于在功率因數方面的研究有限，因此，僅僅憑借上述功率因數的研究來提高供配電系統是遠遠不夠的。所以，對于供配電系統功率因數的研究還需要供配電領域的專業人士共同致力于研究和探索。

2.2提高自然功率因數

用電設備的自然功率因數由設備本身的用電負荷屬性決定，因此用電設備自然功率因數的提高將關注點放在合理的使用和維護設備上.考慮到變壓器、電動機的自然功率因數與其負載之間的關系最為密切，故在工廠供配電系統設計時，變壓器、電動機的選型應充分考慮其預期承載負載的容量大致范圍，選取最佳容量的變壓設備和電動機，并保證其工作時的負載比例處于其良好運行的最佳區間，既不空載也不過載.同時，重視變壓器和電動機的維護保養工作能夠使設備在更長時間內處于健康工作狀態，也有利于維持自然功率因數的穩定;另外，在輸配電線路架設時應當注重線纜的選型，選取感抗參數較小的的線纜，合理架設輸電線路，降低輸電線路的無功損耗.

2.3無功補償技術

無功補償技術是工廠供配電系統中最常用的節能措施，不過多數工廠會采用集中補償的方法進行無功功率補償，卻忽略了各個車間變電站、用戶端的無功補償，這種集中補償的方法無法保證有效的補償功率，甚至很多系統還保持在自然功率因數的范圍。由于國家相關標準規定工廠的功率因數至少在0.9及以上，工廠只有通過設置大量高壓補償裝置來提高功率因素，以達到國家標準。工廠內部有大量的無功環流，由于工廠變電站、用戶端功率因數較低，這些無功環流會持續循環，加大了輸電線路、變壓器所通過的電流，損耗的增加必然會降低末端的供電質量，最終降低工廠電動機的轉矩而提高能耗。變壓器、電動機是工廠供配電系統中產生無功損耗的主要設備，變壓器產生的無功總耗高達20%，異步電動機則會產生近60%的無功總耗，由此可見，電網由于要向變壓器、電動機提供大量的無功負荷而直接影響了自身的供電能力，因此要采取措施提高工廠供配電系統的功率因數。首先，可以利用移相電容器產生超前電網電壓容性電流特性與電動機變壓器所產生的滯后電網電壓感性電流互相補償，即從源頭上開始補償無功損耗，補償設備采用移相電容器，將其盡量安裝在靠近用電設備的各車間變電所低壓母線側。如果異步電動機容量較大、運行穩定，可就地安裝無功補償裝置，針對供電入口處功率因數的調整，各總降適量補充高壓集中補償裝置即可達到相關標準要求。其次，可以將車間變電所低壓母線側移相電容器適當分組，并采用投切的方式以提高其適應性，即使在不同的情況下，工廠也可以使得功率因數控制在符合國家標準的范圍。最后，有些工廠會使用無需進行調速的大型機械，這種情況下可以使用同步電機獲得無功補償。

3提高功率因數的好處

當提升系統的功率因數時，其好處主要可體現在如下幾方面：（1）當功率因數得到改善后，系統線路中的總電流以及原有的電器元件就會相應有所減少，如變壓器、導線容量都會較之之前要少，這樣就會使生產廠家減少了資金投入，并且也降低了設備中固有的電能損耗。（2）當功率因數被提高后，系統中的供電質量也能得到改善。如若系統原來的功率因數較低，此時就可以在不改變現有設備容量的情況下，通過加裝電容器就能使系統的功率因數得到提高，并使負載的容量也有所增加。（3）功率因數的提高還會增加系統中設備的可利用率。由于決定并影響系統電源設備容量的最主要因素就是其額定的電壓及電流，因此這些設備都具備可確定的額定的視在功率。也就是這些設備可以輸出的最大的有功功率。此時當負載的公里因數等于1時，電源設備就能得到充分利用，而一旦功率因數低于1，就會有部分視在功率被轉換成為無功功率，此時電源設備就未能得到最有效的利用。

結語

現如今，各個生產行業的諸多工廠都存在著供配電系統電能利用率不高，電能浪費的情況，通過提高工廠供配電系統的功率因數來實現工廠生產效能和經營效益的提高仍有很大的發揮空間。本文分析了各個行業領域工廠供配電系統的現狀，提出了幾種提高功率因數的方法舉措，對于各個行業工廠優化供電網路、提高功率因數具有一定的參考價值。

參考文獻

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