淺談提高功率因數的意義

梁丙其

（國能包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014060）

0.引言

電力系統不僅擔負著電力負荷中的有功功率P，而且還擔負著無功功率Q。有功功率P無功功率Q和視在功率S之間的關系為：，而P與S之比即，cosφ就是電力系統中的功率因數，在電力系統中功率因數的值越大越好[1]。如能做到這一點，即功率因數越大，其視在功率所提供的有功功率將越大，無功功率將減少，從而減少系統無功功率的損耗。

1.低功率因數的危害

1.1 電流增大

一個設計好的用電負荷，當供電電壓不變時，電流與功率因數成反比，即功率因數值越低，其電流值就會越大，如公式（1）所示：

式中P為用電負荷的有功負荷，U為線電壓，Ic為供電電流。由此可見，電力系統功率因數cosφ與供電電流值Ic成反比例關系。發電機、變壓器、供電線路的額定容量都是正比于其輸出的電流，從而也就反比與功率因數，所以在輸出同樣功率的條件下，當電壓值一定時，功率因數cosφ值越小，要求輸出的電流值就會越大。

1.2 銅損大

在一定的負荷下輸電線路功率因數低時其銅損也在增大，線路損失公式為：

如果把公式（1）代入其中就得到：

由此可見：設備的銅損△P與電流值的平方值成正比關系，而與功率因數的平方成反比關系,功率因數cosφ越小，則銅損值△P就越大，進而導致效率也就變的越低。與此相似，當功率因數很低時，對于傳遞同樣的功率，則電流加大。所以若導線尺寸相同則電能傳輸系統就意味著有更大的能量損失。

1.3 供電設備的容量不能被充分利用

例如一點，容量為100kVA的單相變壓器，設它在額定電壓，額定電流下運行。在功率因數為1時，它傳輸的有功功率為P=100×cosφ=100kW它的容量得到了充分的利用，但是當負載的功率因數cosφ=0.8時，它能傳輸的有功功率降為80kW容量的利用率有了很大的下降，這說明功率因數越小，供電設備容量的利用率就越不充分。

1.4 引起電力系統供電質量的下降和電能損耗的增大

由于功率因數cosφ值的降低，線路的電流值將會增大，勢必造成線路的電壓降增大，這將會導致線路末端的電壓值降低，若要滿足電力系統末端用戶用電的要求，則要提升線路始端的供電電壓值。對于輸電線路和配電線路來說，線路中的損耗與電流的大小平方成正比，當輸送同樣大小的有功功率P=IUcosφ功率因數越低輸電線路中的電流就越大，而供電線路的損耗與其電流值的平方成正比例關系增加。

2.影響功率因數低的原因

2.1 發電量任務的限制

由于發電廠有發電任務這個硬性指標，所以在一般情況下他們是盡量多發有功來完成生產任務，因此在調整發電機有功時，無功會自動地向反方向變化，這種現象可以通過“發電機的功角”特性來加以解釋，發電機的有功功率正比于sinφ,為了增加有功，當增大汽門時發電機的功角φ就會增大，sinφ也就會增大，但是發電機的無功功率正比于cosφ，當φ角增大時cosφ反而會減小，所以無功會自動下降，針對這種情況，要求我們的運行值班員在發現電廠的無功持續較低時，立即通過電力調度通知電廠值班員要求他們在電壓允許的情況下增加無功以滿足電力系統的要求。

2.2 感性設備的連續運行或低負荷運行

首先，在選擇異步電動機時，不僅要關注電動機機械性能的適用性，還要充分考慮電動機的各項電氣參數指標是否合理，根據工藝需求合理設計并選擇電動機的額定功率、額定電壓、電流以及其他規格型號等，使其處于經濟運行狀態。若電動機設計容量過大，形成大馬拉小車的狀態，使電動機長期處于低負荷狀態運行，這種運行方式不僅會增大功率損耗，還會使得功率因數大幅降低，嚴重影響運行效率。其次，對于異步電動機的檢修質量還需要進一步的提高。因為當異步電動機定子轉子間的氣隙變動時，或者異步電動機定子繞組匝數發生變動時，都會對異步電動機無功功率產生很大的影響。據統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中異步電動機的無功功率的消耗占了60%～70%，而異步電動機空載時所消耗的無功又占了總無功消耗的60%～70%，所以要改善異步電動機的功率因數，就要防止電動機的空載運行，并盡可能提高負載率。

3.采取的措施

3.1 無功功率補償

簡稱無功補償裝置，它在電力系統中所承擔的主要作用就是提高電網的功率因數，降低供電變壓器及輸電線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處于一個非常重要并且不可缺少的位置。合理地設計并選擇無功補償裝置，可以提高供電質量并最大限度地減少供電網絡不必要的損耗，使電網的供電質量得到很大的提高[2]。

3.2 無功補償的原理

由于電力系統中的負荷大部分是感性的。感性負荷的總電流是滯后電壓相量U一個角度，這個角度就是功率因數角，這個總電流又分為：有功電流和無功電流，有功電流為Ir、無功電流為IL，IL滯后電壓相量90°把電容器并接在感性負荷回路當中時，由于容性電流IC超前前電壓相量90°。那么，容性電流與感性電流正好相反相差180°，兩者之間可以相互補充，從而可以抵消部分感性電流，或者說是補償一部分無功電流。如果我們補償得當，可以將功率因數提高到1即φ為零[3]。

3.3 無功補償的措施

單位10kV系統采用了TWK3-10高壓并聯電容器自動投切成套裝置，并且考慮了整套裝置的經濟性與可靠。它采用動態無功自動跟蹤補償無功功率，不過補、不欠補，降低網損，高效節能，抑制系統諧波，可控制一至兩臺變壓器，1～8組并聯電容器組。即可實現電壓、無功的綜合控制，又可在無補償電容器時單獨控制變壓器調壓或變壓器不具備有載調壓條件時單獨控制補償電容器的投切，可控制等容量并聯電容器組，又可控制不等容量并聯電容器組。對等容量并聯電容器組，根據無功量的判斷需投切電容器時，按各并聯電容器組動作次數、大小均衡投切，對不等容量并聯電容器組，按無功量的大小自動選擇，匹配并聯電容器組的投切，并兼顧各分組電容器的動作次數，由于該電容器組實現投切過程全部自動化，智能化、最優化，的控制系統，經過幾年運行，10kV系統滿足了設備的需求，確保生產的順利進行。

3.4 采用集中無功補償的優點

（1）它不僅可以起到一定的補償作用，而且還能減少對電力系統的無功消耗，從而合理地提高了功率因數。（2）它還能對無功能量起到阻隔作用，防止無功能量闖入上一級電網造成電壓波動。（3）它可以降低線路損耗。

4.人的因素

在電力系統運行中，要提高功率因數，人的因素也是很重要的。就是我們的運行值班人員要認真監視整個系統運行情況，發現功率因數低不能達到要求時，應及時與各方聯系，是功率因數提高使之達到系統要求。

5.結語

合理的提高功率因數不僅可以增強電力系統的穩定，而且能夠提高企業的經濟效益，是保證電力系統電壓質量、降低網絡損耗以及安全運行重要的條件。運行中還要根據運行情況采取相應的措施提高功率因數，降低無功損耗，提高經濟效率。