淺談提高功率因數的意義與方法

陳熙

摘要：功率因數是衡量電氣設備效率高低的一個系數，鑒于電力生產的特點，用戶用電功率因數的高低，對發、供、用電設備的充分利用，節約電能和改善電壓質量有著重要的影響。而無功補償的主要作用就是提高功率因數以減少設備容量和功率損耗、穩定電壓和提高供電質量，在長距離輸電中提高輸電穩定性和輸電能力以及平衡三相負載的有功和無功功率，所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。

關鍵詞：功率因數;無功補償

一、無功功率

在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種，分別是有功功率和無功功率。

有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，是可以將電能轉換為其他形式能量（如機械能、光能、熱能）的電功率，如電爐是把電能轉換為熱能，電動機是把電能轉換為機械能，照明燈具是將電能轉換為光能。

無功功率相較有功功率而言，則比較抽象，它是用于電路內電場與磁場的交換，是用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率，它不對外作功，只是進行了電能形式的轉換，并沒有被實際消耗掉，因此稱為“無功功率”。不過，無功功率并非無用功，實際上它在工業生產和日常生活中無處不在。比如，電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，并在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

通常情況下，電力系統中眾多的無功負載，尤其是感性無功負載所吸收的無功功率是由發電廠提供的，也就是說發電機在工作時會向系統釋放有功電能，同時也會為感性負載提供相應的無功電能。發電機運行時必須要保持適當的無功輸出，如果沒有無功輸出就會對發電系統造成破壞性的影響，也就是說保護系統的無功平衡至關重要。

二、提高功率因數的意義

（一）什么是功率因數

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦叫做功率因數，用符號cosφ表示，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。

功率因數是電力系統的一個重要的技術數據，是衡量電氣設備效率高低的一個系數，它的大小與電路的負荷性質有關，如白熾燈泡、電阻爐等純阻性負荷的功率因數為1，而電動機等感性負載的電路功率因數都小于1。

（二）提高功率因數的意義

1.改善電壓質量。由于電力系統中存在的大量感性負載將造成供電線路壓降，尤其在供電線路末端更為嚴重，通過合理的補償可以有效的緩解線路壓降，改善電能質量。供電線路末端電壓一般較低，當線路中無功功率Q減小以后，電壓損失也就減少了。

2.降低線路及變壓器損耗。以系統自然功率0.7為例，如通過補償裝置將系統功率因數提高到接近1的水平，系統電流將下降30%左右，即線路和變壓器的損耗可降為P=I2R=（1-30%）2R=0.49R，即線路和變壓器損耗可降低51%。降低線路及變壓器損耗，節約有功電度，是重要的節能措施。

3.增加電網的傳輸能力。功率因數在0.7左右的系統，通過提高功率因數可使系統電流下降30%，從而釋放變壓器及線路的容量，增加變壓器及線路帶負荷能力。

4.提高設備利用率，節省投資。功率因數越低，說明電路中用于交變磁場轉換的無功功率越大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。用戶電器設備在一定電壓和功率下，該值越高效益越好，發電設備越能充分利用。提高功率因數可以有效的降低系統電流和視在功率，故可以有效的降低電網建設中所有相關設備的容量，從而降低電網建設中的投資。用戶可在變壓器不增容的情況下，增加負載，進行擴大再生產。

5.延長設備壽命。功率因數提高后，線路總電流減少，使接近或已經飽和的變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷降低，從而減小流過線路及變壓器的電流，減緩導線及變壓器的絕緣老化速度，因此可以降低溫升延長設備使用壽命。

6.節省電費支出。為了提高用戶的功率因數并保持其均衡，以促進供用電雙方和社會的經濟效益，1983年原水利電力部、國家物價局出臺的《功率因數調整電費辦法》規定了不同類型用戶的功率因數的標準值及其適用范圍，以及功率因數的計算和電費調整辦法。根據計算的功率因數，在高于或低于規定標準時，按照規定的電價計算出其當月電費后，再按照“功率因數調整表”所規定的百分數增減電費。因此，在不滿足功率因數要求時將增加額外的力率調整電費，所以在企業的生產用電過程中也需要關注功率因數的變化并做出相應的調整，避免向電網輸入過多無功功率。通過提高功率因數達到國家標準的要求，可以消除力率考核電費，從而使電力用戶電費支出大幅度降低。

三、提高功率因數的方法

提高功率因數必須保證原負載的工作狀態不變，即加至負載上的電壓和負載的有功功率不變。提高功率因數的方法主要可分為兩種：

（一）提高自然因數的方法

1.選擇合適的供電變壓器，避免變壓器空載或輕載，減少變壓器的無功損耗。

2.選擇合適的電動機容量，減少不必要的電動機無功消耗，避免出現“大馬拉小車”。

3.合理調整生產班次，均衡用電負荷，提高用電負荷率。

4.改善配電線路布局，避免曲折迂回等。

（二）人工補償的方法

實際中可使用電路電容器或調相機，一般多采用電力電容器補償無功，即：在感性負載上并聯電容器，用電容器的無功功率來補償感性負載的無功功率，從而減少甚至消除感性負載與供電電源之間原有的能量交換。

在交流電路中，純電阻電路，負載中的電流與電壓同相位，純電感負載中的電流滯后于電壓，而純電容的電流則超前于電壓，電容中的電流與電感中的電流相差，能相互抵消。電力系統中的負載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個角度，將并聯電容器與負載并聯，則電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流減小，功率因數將提高。

并聯電容器的補償方法又可分為：

1.個別補償個別補償就是對單臺用電設備所需的無功就近補償的辦法，把電容器直接接到單臺用電設備的同一個電氣回路，用同一臺開關控制，同時投運或斷開。這種補償方法的效果最好，電容器靠近用電設備，就地平衡無功電流，可避免無負荷時的過補償，使供電質量得到保證。

2.分散補償分散補償是將電容器分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上，它可與根據系統負荷的變化投入或切除電容器組，但造價相對較高，優點是電容器利用率較高且補償效果也較理想（比較折中）。

3.集中補償是電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側的母線上，這種補償方式安裝簡單，運行可靠，但補償效果較前兩種補償方式差，造價也相對較高，優點是電容器利用率高，能減少電網和用戶變壓器及供電線路的無功負荷。

在實際應用中，三種補償方法可同時使用。

四、結束語

當電力系統某一節點合理設置并聯電容器以后，并聯點至電源側的總電流會減小，功率因數會提高;并聯點至負載側的總電流基本上無變化或變化很小，功率因數也是無變化的。簡單來說并聯電容器無功補償裝置只能降低補償裝置到電源間的無功功率，而補償裝置至負載端的無功功率不會減少。所以無功補償裝置越接近負載端，補償效果越好，當然這也會帶來投資、成本方面的問題。電容器無功補償裝置投入運行以后，會大大降低負載側向電網傳輸無功功率，減少線路中的電流，降低線路上的損耗，提升變壓器轉換有功功率的能力，減少投資。同時線路上總電流的降低也會降低線路上的電壓損耗，對提升供電質量也是非常有利的。同時用戶的功率因數達到相應的標準，可以避免增加力率考核電費。因此，無論對供電部門還是用電部門，對無功功率進行自動補償以提高功率因數，防止無功倒送，對節約電能、提高運行質量都具有非常重要的意義。

參考文獻：

[1]李平.提高低壓配電網功率因數及降低線損的措施.光機電，2014：31.