淺談功率因數(shù)如何提高以及節(jié)能

張道品

摘 要：功率效率的變化影響到整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的能力以及電網(wǎng)中相關(guān)設(shè)備的能力，也會直接影響到整個(gè)電網(wǎng)的損耗。文章以理論分析的方式對增加功率進(jìn)行分析，進(jìn)而提高整個(gè)電網(wǎng)工作能力，節(jié)省電量，減低電網(wǎng)損耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：功率的因數(shù)；無功補(bǔ)償；節(jié)省電量

中圖分類號：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0107-02

在農(nóng)村地區(qū)分布的電網(wǎng)，電量的負(fù)載荷主要在生活照明、以及較小的工廠方面使用，這些用功消耗大都為感性的負(fù)載荷，用的功率都很小，但相對與電網(wǎng)的成本投入比較，是不經(jīng)濟(jì)的。面對這些問題，應(yīng)該增加無功補(bǔ)償器，這樣可以提高整個(gè)電網(wǎng)的功率以及效率，最終能夠節(jié)省電力資源，還能減少電量的損失。

1 提升功率的因數(shù)

①通過改善功率的因素變化曲線，減少電力設(shè)備的使用，例如：電線、變壓器等。這樣可以減少電網(wǎng)的投資成本，節(jié)省電力的資源。

②藉由良好功因值的確保，減低電網(wǎng)中的電源浪費(fèi)，而且能使整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)載降低，升高電力的質(zhì)量。如110 kV以下的線路，其電壓損失可近似為：△U （PRQX）/Ue，其中，△U為線路的電壓損失，kV；Ue為線路的額定電壓，kV；P為線路輸送的有功功率，kW；Q為線路輸送的無功功率，kvar；R為線路電阻；X為線路電抗。

由上式可見，當(dāng)用戶功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質(zhì)量。

③能夠增加電網(wǎng)系統(tǒng)的漲幅度，盡力挖掘各個(gè)設(shè)備的能力。在現(xiàn)有的設(shè)備中，添設(shè)了電容器，就可以提升因數(shù)，進(jìn)一步提升負(fù)載荷的容量。

2 功率因數(shù)與無功功率的關(guān)系

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦叫做功率因素（Power Factor），用符號cos表示，在數(shù)值上，功率的因數(shù)曲線圖是為了顯示有功消耗、以及視在消耗的功率的關(guān)聯(lián)，cosφ呈現(xiàn)出來為：

cosφ=p/s（1）

電力設(shè)備的需要的功率中，有功以及無功的關(guān)聯(lián)顯示為：

Q=S×sinφ（2）

綜上式（1）、（2）得出：

Q=P×tgφ（3）

得出功率的因數(shù)由cosφ1變化至cosφ2，所要無功補(bǔ)償?shù)娜萘渴牵?/p>

Qc=P（tgφ1-tgφ2）（4）

式中，P為用電設(shè)施的有用功功率，kW；Q表示用電設(shè)施在不變的功率因數(shù)時(shí)所需求無功功率，kvar；Qc當(dāng)功率因數(shù)從cosφ1上升到cosφ2時(shí)那么無功的補(bǔ)償容量也要增加，kvar；補(bǔ)償前的功率的因數(shù)角用φ1表示，φ2則表示補(bǔ)償以后的因數(shù)角。

在式（4）中可以得出要想使功率因數(shù)變大，一定要使無功功率變小并且把補(bǔ)償設(shè)備的數(shù)量變大從靜電容器的特點(diǎn)出發(fā)，因其具有輕便、易安裝、能量損失少、維護(hù)方便并且可以自動投切等優(yōu)點(diǎn)。所以目前大部分采用的都是通過靜電容器來使功率因數(shù)變大的方法。

3 變壓器的功率因數(shù)和有功功率損耗的關(guān)系

變壓器在工作時(shí)，在提供額定的有功功率的情況下，變壓器的銅損消耗掉的電能和其載荷的視在功率的二次方存在著成反比的關(guān)系表示如下：

s=p/cosφ（5）

功率因數(shù)變大前其銅損耗的表示：

Pt1=（S1/Se）2Pk=[P/（Secosφ1）]2Pk（6）

功率因數(shù)變大后其銅損耗的表示：

Pt2=（S2/Se）2Pk=[P/（Secosφ2）]2Pk（7）

式中，S代表變壓器的對外提供的視在功率，kVA；增大功率因數(shù)的前后其視在功率分別用S1和S2表示，kVA；P表示變壓器提供的有功功率，kW；變壓器的額定銅損消耗用Pk表示，kW；Pt1和Pt2分別表示變壓器的功率因數(shù)被增大前后的銅損消耗，kW；Se表示額定容量，kVA；cosφ1和cosφ2表示功率因數(shù)的值在提高前后的大小。

因此在功率因數(shù)變化下，變壓器在銅損消耗上的下降用百分?jǐn)?shù)表示如下：

η=[（Pt1-Pt2）/Pt1]×100%=[1-（cosφ1/cosφ2）2]×100% （8）

4 增大功率因數(shù)的主要辦法

如何降低電力系統(tǒng)各組成部分無功功率的消耗是增大功率因數(shù)的主要辦法，尤其是在負(fù)載方面消耗的功率的減少，讓電力系統(tǒng)在提供有功功率的時(shí)候，減少無功電流在這過程中所的消耗。有很多種方法可以用來提高功率因素，以下介紹兩種。

4.1 如何提高自然功率因數(shù)

改善用電設(shè)備的功率因數(shù)和降低用電設(shè)備的無功功率的方法，就是提高自然功率因數(shù)的方法，主要有以下幾點(diǎn)：

①正確選用異步電動機(jī)，使其額定容量與所帶負(fù)載相配合，對于改善功率因數(shù)是十分重要的。在選型方面，要注意選用節(jié)能型，淘汰高能耗的電動機(jī)，并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對啟動力矩、啟動次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求，選用不同的型號。電動機(jī)的效率η與功率因數(shù)cosφ是反映電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要指標(biāo)，都與負(fù)載率β有密切關(guān)系。GB/T12497-90對三相異步電機(jī)三個(gè)運(yùn)行區(qū)域規(guī)定如下：當(dāng)負(fù)載率β在70%～100%之間時(shí)，為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)；當(dāng)40%≤β≤70%時(shí)，為一般運(yùn)行區(qū)；當(dāng)β<40%時(shí)，為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。

②根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)，而且與負(fù)荷率有關(guān)。若變壓器滿載運(yùn)行，一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3%～5%；若變壓器輕載運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷小于0.6時(shí)，一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降，下降達(dá)11%～18%，所以電力變壓器的負(fù)荷率在0.6以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì)，一般應(yīng)在60%～70%比較合適。為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù)，電力變壓器一般不宜作輕載運(yùn)行。當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于30%時(shí)，應(yīng)當(dāng)更換成容量較小的變壓器。

4.2 如何用補(bǔ)償方法提高功率因數(shù)

運(yùn)用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣吖β室驍?shù)就是通過發(fā)電組提供無功功率設(shè)備所消耗的無功功率，以提高功率因數(shù)。然而，必須要通過增加黑色金屬、有色金屬的供應(yīng)量和增加新設(shè)備的方法來提高功率因數(shù)。除此之外，因?yàn)檠a(bǔ)償設(shè)備工作時(shí)也會有功率損失，如何提高自然功率的因數(shù)才是重中之重。但是如果功率因數(shù)太小而不足以達(dá)到相關(guān)規(guī)范所要求的數(shù)值時(shí)，對功率因素的提高，就要采用專門的補(bǔ)償性方法。通過人工的方式對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校翰捎猛诫妱訖C(jī)、應(yīng)用靜電電容器和通過同步調(diào)相機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償這三種方法。

5 結(jié) 語

通過對上述情況的分析，得出了如下結(jié)論：提高功率因數(shù)無論對用電設(shè)備還是用電者都有很大價(jià)值。它能節(jié)約電能、降低損耗，不僅如此，而且對國家的能源利用、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到促進(jìn)作用，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運(yùn)行所不可缺少的條件。應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施來提高功率因數(shù)，降低無功損耗，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。尤其是對于當(dāng)下正在進(jìn)行的農(nóng)村電網(wǎng)的建設(shè)和改造來講，不僅要按相關(guān)規(guī)定的要求進(jìn)行勘察、按照施工要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，而且要根據(jù)農(nóng)村用電荷的主要特點(diǎn)，在進(jìn)行農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)和改造的同時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)備的安裝和建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈春葉.低壓配電網(wǎng)功率因數(shù)對供電企業(yè)的影響[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2012，（19）.