提高功率因數(shù)的意義和方法

【摘 要】提高功率因數(shù)，對(duì)煤礦企業(yè)可減少能源的浪費(fèi)，降低噸煤成本，對(duì)煤礦企業(yè)的節(jié)資降成具有特別重要的意義。本文對(duì)提高功率因數(shù)的重要意義，改善功率因數(shù)的方法進(jìn)行了分析。同時(shí)對(duì)高壓集中補(bǔ)償、低壓成組補(bǔ)償、低壓分散補(bǔ)償進(jìn)行了全面的論述。

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù)；功率損耗；補(bǔ)償；電容器

1 提高功率因數(shù)的方法

功率因數(shù)是交流電路的有功功率P與視在功率S之比，即CO—S？準(zhǔn)=P/S。

從上式可見(jiàn)，有功功率為定值時(shí)，減少無(wú)功功率就能提高功率因數(shù)。在極端情況下，？準(zhǔn)為零時(shí)，cos？準(zhǔn)=1。可見(jiàn)，提高功率因數(shù)的實(shí)質(zhì)，就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需求量。就整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)講，減少用戶(hù)的無(wú)功功率的需求量，具有十分重要意義。

2 提高功率因數(shù)的重要意義

2.1 增加設(shè)備的供電能力和利用程度

提高功率因數(shù)能增加電力系統(tǒng)主要組成部分的發(fā)電機(jī)、變壓器和網(wǎng)絡(luò)的供電能力。這是因?yàn)楣╇娫O(shè)備的供電能力是以視在功率S=■來(lái)表示的。當(dāng)無(wú)功功率減少，對(duì)同一個(gè)設(shè)備來(lái)講它所供應(yīng)或傳遞的有功功率就增加了，充分發(fā)揮了設(shè)備的潛力，提高了電力系統(tǒng)的供電能力。發(fā)電機(jī)、變壓器供電設(shè)備都有一定的額定容量，其值為Se=UeIe。在電路中，如果所接的感性負(fù)載越多，電路功率因數(shù)就越低，供電設(shè)備輸出的有功功率P=UeIeCOS就越小。如1臺(tái)變壓器額定容量100kVA，當(dāng)電路功率因數(shù)cos？準(zhǔn)=0.5時(shí)，變壓器輸出有功功率p=0.5se=50kW，只能接10kW電動(dòng)機(jī)5臺(tái)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)提高到COS？準(zhǔn)=0.9時(shí)，輸出有功功率P=0.9Se=90kW，能帶10kW電動(dòng)機(jī)9臺(tái)?？梢?jiàn)提高功率因數(shù)，可提高供電設(shè)備的利用程度。在同樣的額定容量下，可以在多接一些負(fù)載。

2.2 減少線路的功率損耗

供電線路的有功功率損耗，是由于電流通過(guò)線路電阻時(shí)發(fā)熱所產(chǎn)生的。三相供電線路的最大有功功率損耗可按下式求出：

當(dāng)線路的額定電J±ue和輸送的有功功翠尸保持恒定時(shí)，上式可改成下面表現(xiàn)形式：

可見(jiàn)，在其它因素相同的情況下，線路的損失與功率因數(shù)的平方成正比，即用戶(hù)負(fù)載功率因數(shù)越低，供電線路的功率損耗越大，這樣即浪費(fèi)能源又增大電費(fèi)成本。如當(dāng)用戶(hù)功率因數(shù)由0.7提高到時(shí)，則線路的功率損失可減少50%，從0.7提高到0.95時(shí)，可減少到46%，效果非常明顯。

2.3 減少網(wǎng)路電壓損失，提高供電質(zhì)量

3 功率因數(shù)的改善方法

3.1 提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)

凡未裝入補(bǔ)償裝置設(shè)備的功率因數(shù)，稱(chēng)自然功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低取決于負(fù)荷性質(zhì)。對(duì)于電阻性負(fù)荷較多的用電企業(yè)，自然功率因數(shù)較高；對(duì)于煤礦企業(yè)電感性負(fù)荷較多用電企業(yè)，自然功率因數(shù)較低，所以有必要來(lái)提高功率因數(shù)。

采用降低各用電設(shè)備所需的無(wú)功功率來(lái)提高功率因數(shù)的方法，稱(chēng)為提高自然功率因數(shù)的方法，它不需要增加投資，不添置任何補(bǔ)償設(shè)備，是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法，一般采用如下措施：

1）合理地選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，使其按滿(mǎn)載運(yùn)行。在滿(mǎn)足生產(chǎn)條件和環(huán)境需求時(shí)，選電動(dòng)機(jī)要注意以下幾點(diǎn)：容量相同時(shí)，選擇高速電動(dòng)機(jī)；在容量、轉(zhuǎn)速和構(gòu)造型式相同時(shí)，選擇鼠籠式電動(dòng)機(jī)，因它比繞線式電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)約高4%～5%，不選擇容量過(guò)大的電動(dòng)機(jī)。

2）消除嚴(yán)重欠載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)和變壓器。對(duì)于負(fù)荷小于40%額定功率的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在能滿(mǎn)足起動(dòng)、工作穩(wěn)定性等要求條件下，應(yīng)以小容量電動(dòng)機(jī)更換，此法一般可使功率因數(shù)提高20%一25%；或?qū)ⅰ骼@組改接成Y繞組，從而可提高功率因數(shù)和效率。對(duì)于變壓器，當(dāng)其平均負(fù)荷小于額定容量時(shí)，也應(yīng)更換為小容量變壓器或調(diào)整負(fù)荷

3）加強(qiáng)維護(hù)提高檢修質(zhì)量，保證電動(dòng)機(jī)的電磁特性符合標(biāo)準(zhǔn)。合理調(diào)度安排生產(chǎn)流程，限制電器設(shè)備空載運(yùn)行。

3.2 人工補(bǔ)償無(wú)功功率

3.2.1 并聯(lián)電容器法

一般煤礦企業(yè)都采用此法，并聯(lián)電容器法原稱(chēng)移相電容器，用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)感性負(fù)荷的無(wú)功負(fù)載，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。

因?yàn)槭褂秒娙萜骶哂型顿Y少、有功功率損失小、運(yùn)行維護(hù)方便和故障范圍小等優(yōu)點(diǎn)。

求補(bǔ)償所需電容器的容量，？準(zhǔn)1和？準(zhǔn)2：分別為補(bǔ)償前、后電壓和電流的相角差；I1和I2分別是補(bǔ)償前、后流向負(fù)載的電流；Ic為補(bǔ)償用電容電流；Ia為負(fù)載的有功電流。電容電流為：

3.2.2 同步電動(dòng)機(jī)過(guò)激法

由于同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)軸上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而消耗的無(wú)功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)向送出磁電流的大小。在欠激狀態(tài)時(shí)，定子繞組從電網(wǎng)“吸取”感性無(wú)功功率；在過(guò)激狀態(tài)時(shí)定子繞組向電網(wǎng)“送出”容性無(wú)功功率。所以，調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，使其處于過(guò)激狀態(tài)，就可以使同步電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)送出無(wú)功功率，從而提高全礦功率因數(shù)。

1）高壓集中補(bǔ)償。煤礦企業(yè)多將高壓集中補(bǔ)償裝在地面變電所6kV母線上，它只能補(bǔ)償6kV母線電源側(cè)，而負(fù)荷側(cè)的配電線路得不到無(wú)功補(bǔ)償。距變電所較遠(yuǎn)且負(fù)荷較大的井，宜在井口配電所和采區(qū)變電所裝設(shè)部分電容器。由于電容器從電網(wǎng)上切除時(shí)有殘余電壓，其值為最高電網(wǎng)電壓的峰值，所以工作人員一旦觸及是十分危險(xiǎn)的。為了防止人身觸及危險(xiǎn)電壓電容器緬必須裝設(shè)放電設(shè)備，以確保人身安全。

2）低壓成組補(bǔ)償。低壓成組補(bǔ)償是將低壓并聯(lián)電容器裝在車(chē)間變電所的低壓母線上，這種補(bǔ)償方式能補(bǔ)償其電源側(cè)所有的高壓供電線路和變壓器的無(wú)功功率。它的補(bǔ)償范圍比高壓集中補(bǔ)償大，比低壓分散補(bǔ)償小并能使變壓器容量選的小一些。

3）低壓分散補(bǔ)償。低壓分散補(bǔ)償又稱(chēng)個(gè)別補(bǔ)償，是將低壓并聯(lián)電容器分散裝設(shè)在各個(gè)動(dòng)力車(chē)間或用電設(shè)備附近，這種補(bǔ)償方式能補(bǔ)償安裝部位前的所有高、低壓供電線路和變壓器的無(wú)功功率，分散補(bǔ)償方式可用在容量較小、分散而多的場(chǎng)合，或容量相當(dāng)大的設(shè)備。對(duì)于補(bǔ)償容量較大的工礦企業(yè)，宜采用高壓集中補(bǔ)償和低壓分散補(bǔ)償相結(jié)合的方式。因此，礦井主通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)等不經(jīng)常啟動(dòng)的大型固定設(shè)備，應(yīng)盡可能采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。

4 結(jié)論

以上提高功率因數(shù)的方法取決于電氣設(shè)備的性質(zhì)，用什么方法來(lái)改善功率因數(shù)根據(jù)負(fù)荷的具體情況來(lái)決定，總之無(wú)論用什么方法都將給用戶(hù)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。尤其煤礦企業(yè)提高功率因數(shù)，可減少能源的浪費(fèi)，降低噸煤成本，對(duì)煤礦企業(yè)的節(jié)資降成具有特別重要意義。

[責(zé)任編輯：張濤]