浅论电网功率因数及其提升解决策略

浅论电网功率因数及其提升解决策略

甘伊慧

（广西电网有限责任公司钦州供电局广西钦州535000）

摘要：我国社会主义市场经济近几年来发展十分迅速，与此同时，工业的飞速发展也促进了我国电网系统的进步，因此，电网功率因数的相关工作也就显得尤为重要。本文在对影响配电网功率因数的主要因素进行分析的基础上，给出了一些可以用来提高功率因数的主要方法。

关键词：电网功率因数；提高；主要因素；主要方法

1.引言

在整个电网的运行系统中，电网功率因数在其中有着不容忽视的作用，因此可以将其认为是电网系统中十分重要的一个组成部分。电网功率因数的作用主要体现在以下几个方面：影响电网系统的功率以及电能损耗；影响供电线路上损失的电压以及电压的波动；影响节约电能以及供电的质量水平。而对于现阶段的电网系统来说，多种多样的电压种类，以及个性化的电力用户需求，都要求提高电网功率因数的相关工作。

电力系统中的所有功率类型可以分为两大部分：一部分是有功功率，这部分是由于电阻性负载所消耗的；另一部分则是无功功率，这一部分主要发生在感性以及容性两种类型负载在与电源之间进行能量交换的过程中。其中，无功功率处理会占用发电设备以及配电设备的容量，还包括在对无功功率进行输送的线路上所产生的电压损耗以及产生的功率等。

我们所期望的是功率因数在电网的运行中越大越好，为了能够达到这一目的，就应该保证电路中的有功功率占绝大多数，并且在最大程度上减少消耗的无功功率的量。对用户的功率因数进行一定程度的提高，具有很多显而易见的优点：减少线路上的损耗；让发电以及供电设备的生产能力得到最大程度的发挥；对于电压的质量加以改善；用户方用电设备的工作效率得到明显地提高，减少用户本身的电能消耗。也就是说，对电力用户进行有效低压补偿，可以在对上一级电网补偿的压力进行一定程度减轻的基础上，节约用户的电能用量，减少用电费用。

2.影响电网功率因数的主要因素

功率因数的计算公式是cosφ=P/S，其产生的原因主要是在交流用电设备的相关工作过程中，不只是消耗有功功率，还消耗了无功功率。从公式S2=P2+Q2可以看出，在有功功率P是一个恒定数值的情况下，功率因数会随着无功功率Q的减少而不断增加。如果在Q取0的极端情况，那么功率则为1。

2.1耗用无功功率的主要设备：电力变压器以及异步电动机

对于异步电动机而言，能够对其需要较多无功功率起决定性作用的主要因素是位于异步电动机的定子与转子之间的气隙。对于异步电动机所消耗的无功功率主要分为以下两个方面：空载时的无功功率方面以及一定负载下无功功率增加值方面。在避免电动机的空载运行的同时充分地提高负载率可以在很大程度上改善异步电动机的功率因数。铁损又可以被称为是空载无功功率，其余负载率的大小没有联系，空载无功功率被认为是变压器消耗无功功率的主要组成部分。所以，不在空载的情况下运行变压器或者不在低负载状态下长期运行变压器都是可以改善电力系统以及电力企业的功率因数的有效措施。

2.2超出规定范围的供电电压对功率因数造成的影响

供电电压在超过额定数值的十分之一时会出现磁路饱和现象，而这一现象的出现会使得无功功率的增长速度明显加快。根据有关研究结果，用户的无功功率会增加百分之三十五左右在供电电压是额定电压的1.1倍时。如果供电电压在额定电压值以下时，无功功率的减少使得功率因数得以提高，不过，降低供电电压会导致电气设备无法正常工作。因此，采取适当的手段让供电电压保持稳定状态是十分有必要的。

3.提高功率因数的主要方法

对于功率因数的相关提高手段，可以从以下两大方面进行考虑：对自然功率因数的提高方面以及对功率因数进行人工补偿方面。

3.1对自然功率因数的提高

在不添加任何补偿设备的基础上，依靠合理地管理以及采用技术改造等手段，来实现对供电系统所需要无功功率的减少目的的措施就是我们常说的提高自然功率因数。该法可以说是非常经济并且有效的用来提高自然功率因数的方法，因为它不需要对于设备的投资并没有增加。对自然功率因数的提高，首先需要了解的是企业中所用到的各个用电设备的相关无功功率情况，在找出无功功率的主要作用的基础上，采取恰当的方法解决其中的重点问题。

3.1.1电动机

对于交流感应类型的电动机来说，它的功率因数范围一般为0.7~0.9之间，电动机的功率因数与电动机的负荷成正比，电动机的功率因数随着其负荷的降低而降低。如果是功率和转速相等时，功率因数较低的为密闭型电动机以及绕线型电动机。对于企业而言，交流感应电动机在所有电力系统的无功功率中超过百分之六十。

3.1.2变压器

变压器中的励磁类功率属于无功功率，并且它与负荷没有关系，励磁类功率的大小一般占变压器额定容量的百分之一到百分之二。对于变压器中漏电电抗部分所需要的无功功率而言，其一般随着变压器负荷电流平方的增加而增加。在变压器进行轻载运行的情况下，如果负荷率降低到零点六，那么其功率因数则会明显地降低。

3.1.3变流设备

对于硅二极管以及可控硅的应用数量在半导体技术的不断发展下得到了显而易见的增加。中小型单相整流装置是二极管整流装置的其中一个类型，其功率一般都比较低。对于可控硅的相关传动装置而言，其功率因数一般情况下与直流输出电压与直流额定电压的比值成正比关系，也就是说，功率因数随着负载的降低而降低。

3.1.4电炉

对于电炉的功率因数来说，一般情况下它都是比较低的，只有电阻炉比较例外，电阻炉的功率因数相对较高。

3.1.5电焊机

电焊机的功率因数COSφ的范围一般为0.3～0.6。

以上面所提及的内容为根据可知，感应电动机以及变压器可以说是企业无功功率的主要使用用户，其次是变流设备，然后是电焊机，最后是感应电炉等，所以说，为实现对自然功率的提高目的就需要采取相应的措施，可以从以下几方面来考虑：（1）对相应的工艺流程惊醒合理的安排以及恰当的调整，并且在对电气设备的运行状况详细了解的基础上加以改善，减少电能的损耗，增大电能的利用率。（2）对于异步电动机及变压器等设备进行合理的使用，同时要对变流装置进行合理的设计以及恰当的选用，防止电焊机以及电动机等设备在空载状态下运行。（3）在适当的条件下，将异步电动机换成容量相同的同步电动机。

3.2对功率因数进行人工补偿

现阶段，可以对功率因数进行人工补偿的装置主要分为两大类，即同步人工补偿装置以及静止人工补偿装置。其中，应用最为普遍的一种人工补偿方式是并联电容器人工补偿。

3.2.1同步补偿机

同步补偿机一般指的是在无载状态下运行的同步电动机，它是一种专门的无功功率的发电机。该补偿机的作用主要体现在两个方面：同步补偿机可以在很大程度上提高电网的功率因数；同步补偿机可以对输电线路上的电压加以调节。

3.2.2静止补偿器

静止补偿器是一种可以进行无功静止补偿的装置，其中主要利用的不止有电容器还包括各种类型的电抗器。静止补偿器的主要作用是提供可变动的容性以及感性的无功功率给电网系统。现阶段，应用最广泛的的静止补偿装置一般为并联电容器的补偿装置。

3.2.3电容器补偿原理

在交流电路中与电压U同相位的主要有两大部分：纯电阻电路以及负载中的电流IR，而对于纯电感负载中的电流IL而言，其一般滞后电压90°，超前电压90°的则指的是纯电容的电流IC。由此可见，在电容以及电感两部分中的电流一般相差180°，也就是说它们之间可以互相抵消一部分或互相抵消全部。

对于用电系统的功率因数加以改善，是节约用电、减少电能损耗的重要课题，因此应该在给予足够关注的基础上采取适当而有效地手段对功率因数加以提高。

4.总结

显而易见的是提高功率因数会在一定程度上降低电网的电流，在电力系统中的视在功率为定值时，输送给负载的有功功率在这种情况下就得到了显著增加。相反地，电力系统的容量在所需要的有功功率为定值的情况下会在很大程度上降低，这种现象不仅可以降低电能的消耗，还具有可以降低投资的优点，此外，还能够给企业方带来经济效益，为整个电力系统运行的安全性以及稳定性有十分重要的影响。

参考文献

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[3]马为军,岑立.简述电网功率因数的提高方法和意义[J].中国高新技术企业,2016(33):125-126.

作者简介

甘伊慧（1983-），女，本科学历，助理工程师，主要从事计量运维工作。