浅谈提高电网功率因数的方法及意义

浅谈提高电网功率因数的方法及意义

孙德强

孙德强

（国网通化供电公司电力经济技术研究所吉林通化134001）

摘要：对广大厂矿企业来说，功率因数的高低是关系到电能质量和电网安全、经济运行的一个重要问题，应予以充分重视。改善电网的电能质量，提高电网效率，提高用电设备的工作效率，降低线路损耗，实现广义的节省。

关键词：电压电流功率因数

电力系统向用户供电的电压，是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的。当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大。即送至用户端的电压就越低。供电局为了提高成本效益要求用户提高功率因数，那提高功率因数对我们用户端有什么好处呢？现就关于提高功率因数的方法、对电网及用户的作用做如下分析。

一、功率因数低的原因及危害

1、电源设备的容量得不到充分利用。

电源设备（如变压器）的容量也就是视在功率，是依据额定电压与额定电流设计的。例如一台800KVA的变压器，若负载功率因数为0.9时，变压器可输出720KW的有功功率：若负载的功率因数为0.5时，则变压器就只能输出400KW的有功功率。因此负载的功率因数低时，电源设备的容量就得不到充分充分利用。

2、增加了线路上的功率损耗和电压降。

若用电气设备在一定电压与一定功率之下运行，那么当功率因数高时，线路上电流就小；反之，当功率因数低时，线路上电流就大，线路电阻中与设备绕组中的功率损耗也就越大，同时线路上的电压降也就增大，会使负载上电压降低，从而影响负载的正常工作。

二、提高功率因数的方法

1、提高自然功率因数。提高自然功率因数是从根本上降低电气设备需要的无功功率，可以节省新的投资，所以是首先应当采取的积极办法。

（1）正确选择异步电动机的容量

通过运行经验表明，异步电动机一般在负荷达到额定负荷时功率因数最高，而空载时功率因数最低。因此，所选的异步电动机的额定功率应当尽量接近于所拖动的机械负荷。将运行中的轻负荷电动机予以更换，选用合适的电动机代替，选择合适的电动机的容量，使其平均负荷率接近其最佳值。

（2）将轻负荷电动机改变接线

在实际运行中，当异步电动机在轻负荷运行时，可以调换为较小容量的电动机，但由于各种原因无法更换时，可以采用改变电动机内部接线来降低异步电动机电压的方法来减少其无功功率。

（3）限制异步电动机的空载

异步电动机空载运转时，电流较大，而且功率因数很小，因此，若能够将空载运行的异步电动机从系统中切除，就可以减小无功功率，提高功率因数。

（4）提高异步电动机的检修质量

异步电动机检修质量的好坏，对其功率和功率因数有很大的影响，因此，检修时一定要保证质量，防止空气间隙增加，以免增大激磁电流，降低功率因数和效率。别外在防止重新绕制电动机线圈时，使线圈匝数减少，否则将导致磁路中磁通量增加，从而使电动机需要的无功功率和空载电流增加，功率因数减小。

（5）变压器的合理使用

电力变压器的无功功率消耗，是由于变压器的变压过程是由电磁感应来完成的，是由无功功率建立和维持磁场进行能量转换的。没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功损耗，避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。

2、降低各用电设备的无功功率可以有效地提高自然功率因数，但还不能完全达到要求值，所以还需要采用无功功率人功补尝装置，也叫无功补尝，例如我厂铸造380V配电室，是将电容器组接于配电盘母线上的方式进行补尝，以达到减少低压配电线路及变压器中的无功功率。在通常广泛应用的电感性电路中，人为的并联电容性负载，利用电容性负载的超前电流来补尝滞后的电感性电流，以达到提高功率因数的目的。

如图（1）是一个电感性负载关联电容时的电路图，图（2）是它的相量图，从相量图中我们可以看出，电感性负载未并联电容时，电流i1滞后于电压Uφ1角，此时电路的总电流i等于负载电流i1；并联电容后，由于端电压U不变，则负载电流i1也没有变化，但电容支路的电流ic超前于端电压U90°，电路的总电流i发生了变化，此时，i=i1+ic，且i<i1，即总电流在数值上（有效值）减小了，同时总电流i与端电压u之间的相位差变小，φ2<φ1，因此cosφ2>cosφ1，这样功率因数对总电路来讲得到了提高。用并联电容来提高功率因数，一般补尝到0.9左右，而不是补尝到更高，因为补尝到功率因数接近于1时，所需电容量大，反而不经济了。

所谓提高功率因数，并不是提高电感负载本身的功率因数，负载在并联电容前后，由于端电压没变化，其工作状态不受影响，负载本身的电流、有功功率和功率因数均无变化，提高功率因数只是提高了电路总的功率因数。

3、系统功率因数的降低，不仅仅是电流移相（滞后）的结果，还有一个重要因素，就是谐波。因此，我厂在整流机组的低压侧直接并联电容器组，进行功率因数调整和滤波。若在负载、直流电压任意变化的整流系统（如电解槽等）中应用，在任意状态让功率因数基本恒定，节能效果显著。还如，我厂10KV系统直接装设消谐装置来消除产生的谐波，从而避免将谐波电流返送到电力变压器，大大降低电网的谐波量，同时有利于变压器的运行，降低功耗，提高功率因数。

三、结束语

通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但降低了本身电能的损耗，减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量，并增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力，而且减少了投资费用。

由以上分析可以看到，提高用户的功率因数对国民经济有着十分重要的意义。

参考文献：

【1】范世贵.电工基础.西安：西北工业大学出版社，2000

【2】胡治国，张静，何银永.带谐波的无功补偿系统，东北电力技术2005，（6）