關(guān)于改善供電功率因數(shù)分析

鄺鏡垣

摘 要：電力系統(tǒng)作為居民生產(chǎn)生活的主要動力來源，對國家經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展起著重要作用。電網(wǎng)供電功率因數(shù)的大小對于整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全運(yùn)行具有重要的意義，對于提高功率因數(shù)的探討日益受到人們的關(guān)注。本文對提高供電功率因數(shù)的意義進(jìn)行了說明，分析了影響功率因數(shù)變化的幾個(gè)主要因素同時(shí)介紹了改善功率因數(shù)的方法和措施。

關(guān)鍵詞：功率因數(shù)；功率補(bǔ)償；電能質(zhì)量

中圖分類號：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

概述

近年來我國經(jīng)濟(jì)取得了飛速發(fā)展，于此同時(shí)對電力系統(tǒng)的供電能力的要求也隨之提高。功率因數(shù)作為電網(wǎng)供電能力的重要指標(biāo)之一，在社會的安全生產(chǎn)中的作用變的越來越大。供電功率因數(shù)的提高能夠有效的降低輸電線路上的電能損耗和有功功率的損耗。它直接影響到相關(guān)電力用戶正常的生產(chǎn)活動甚至影響到人們的生命健康，所以本文分析了影響影響供電功率因數(shù)變化的幾個(gè)主要因素并提出了提高功率因數(shù)的相關(guān)措施。

1 功率因數(shù)提高的意義

現(xiàn)階段我國絕大多數(shù)的大型設(shè)備使用的是交流電，這些設(shè)備的有功功率根據(jù)公式（1）計(jì)算

P=UIcosφ （1）

上式中P代表有功功率，U代表線路的線電壓，I代表線路電流，cosφ代表的就是功率因數(shù)?，F(xiàn)在電網(wǎng)上 的絕大多數(shù)的設(shè)備是感性負(fù)載，從而造成功率因數(shù)小于1，另外功率因數(shù)的大小和電源的類型無關(guān)，它的大小只取決于設(shè)備本身的相關(guān)參數(shù)。

如果負(fù)荷的功率因數(shù)過低，將導(dǎo)致電源的容量得不到有效的利用并且將增大輸電線路上的有功功率線損和電壓損耗，使得電力用戶和電網(wǎng)的運(yùn)行成本都會增加，不利于降低生產(chǎn)成本。電源的容量一般使用視在功率S=UI進(jìn)行表示，但是電源輸出的有功功率使用P=UIcosφ進(jìn)行表示，當(dāng)功率因數(shù)cosφ過低時(shí)，輸出的有功功率相應(yīng)的也就降低，大大的降低了電源容量的 有效使用率。另外，線路的電壓損耗一般使用公式（2）進(jìn)行表示

ΔU= （2）

由公式（2）可知，當(dāng)負(fù)荷的有功功率是固定的前提下，如果功率因數(shù)過低將使得無功功率Q增加從而導(dǎo)致輸電線路電壓損耗增加。如果線路損耗過大使得導(dǎo)線過熱將導(dǎo)致線路出現(xiàn)故障。

2 影響功率因數(shù)幾個(gè)主要的因素

功率因數(shù)問題主要是電力設(shè)備在正常的工作過程中會產(chǎn)生一定數(shù)量的無功功率，無功功率的產(chǎn)生一般和以下幾個(gè)因素有關(guān)：

2.1 電網(wǎng)輸電線路上存在大量的感性負(fù)荷

隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步電力變壓器和異步電動機(jī)的使用越來越多，但是兩者的物理模型都是感性模型。電力變壓器在進(jìn)行調(diào)壓變壓的過程中，變壓器內(nèi)兩個(gè)線圈能量的是通過變化的磁場進(jìn)行傳遞的，磁場的建立和維持是無功功率存在的結(jié)果，一般而言電力變壓器的無功功率一般占總功率的10%左右。對于異步電動機(jī)而言，電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場的建立和維持同樣要依賴于無功功率，無功功率的大小取決于電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子直接的間隙。通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異步電動機(jī)無功功率的損耗占到工廠總無功功率的65%左右，占的比例非常的大。

2.2 變頻器工作對功率因數(shù)的影響

現(xiàn)在很多的工廠為了節(jié)約電能和成本，普遍都安裝了變頻器對電機(jī)等設(shè)備根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行調(diào)速。但是變頻器在工作時(shí)會產(chǎn)生大量的諧波，諧波的產(chǎn)生對負(fù)荷的絕緣造成一定的威脅，同時(shí)變頻器在工作過程中會消耗掉大量的無功功率，從而導(dǎo)致功率因數(shù)的降低，甚至導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備無法正常的工作。

2.3 供電電壓和線路損耗對功率因數(shù)的影響

電網(wǎng)的供電電壓一般在一個(gè)范圍內(nèi)變化，當(dāng)設(shè)備的輸入電壓高于其額定電壓時(shí)，就會造成磁路飽和，最終導(dǎo)致無功功率快速增加。然而當(dāng)設(shè)備的輸入電壓低于其額定電壓時(shí)會時(shí)設(shè)備無法正常的工作。另外，輸電線路中流過電流時(shí)會產(chǎn)生一定的電抗，從而使得線路上出現(xiàn)一定數(shù)量的無功功率損耗。

3 改善供電功率因數(shù)的措施

改善供電功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電負(fù)荷的無功功率總量，使有功功率增加。具體而言一般從無功功率補(bǔ)償和提高自然功率因數(shù)兩方面采取措施。

3.1 采用無功功率補(bǔ)償裝置

由于平時(shí)電網(wǎng)中的負(fù)荷是感性的負(fù)荷，因此無功功率補(bǔ)償?shù)脑砭褪鞘褂萌菪缘呢?fù)荷，利用感性無功和容性無功相反的特性對電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?，F(xiàn)階段一般采用同步調(diào)相機(jī)、同步電動機(jī)和并聯(lián)電容器等設(shè)備對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。需要補(bǔ)償無功功率的計(jì)算使用公式（3）進(jìn)行表示

在上式（3）中代表補(bǔ)償前的功率因數(shù)，代表的是補(bǔ)償后要達(dá)到的目標(biāo)功率因數(shù)，目標(biāo)補(bǔ)償因數(shù)一般是在0.9-0.95之間，需要并聯(lián)的電容容量通過計(jì)算得到。

無功功率補(bǔ)償按電壓劃分可以分為高壓補(bǔ)償和低壓補(bǔ)償兩種。高壓補(bǔ)償通常是在變電站的高壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償無功功率，并且只能對補(bǔ)償點(diǎn)前面的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而無法對補(bǔ)償點(diǎn)后面的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。低壓補(bǔ)償是指對電網(wǎng)輸電線路和負(fù)載設(shè)備進(jìn)行的直接補(bǔ)償，現(xiàn)階段低壓補(bǔ)償?shù)男Ч雀邏貉a(bǔ)償?shù)男Ч?，因此使用的比較廣泛。低壓補(bǔ)償分為集中補(bǔ)償、就地補(bǔ)償和分散補(bǔ)償三種。

集中補(bǔ)償是指將補(bǔ)償裝置裝在配電室的輸出母線上對無功功率進(jìn)行集中補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式適用于用電負(fù)荷比較大而且集中，無功功率補(bǔ)償量比較大的場合。這種補(bǔ)償方式對電容器的利用率比較高，可以減小輸電線路的無功負(fù)荷，同時(shí)補(bǔ)償?shù)男б娓弑阌谘a(bǔ)償設(shè)備的保養(yǎng)和維修。

就地補(bǔ)償是指將相關(guān)的補(bǔ)償裝置直接安放在負(fù)荷旁邊對設(shè)備進(jìn)行直接的無功補(bǔ)償。補(bǔ)償電容器設(shè)備和負(fù)荷的供電回路并聯(lián)，從而達(dá)到提高供電功率因數(shù)的目的。這種補(bǔ)償方式的補(bǔ)償效果好但是它的利用率比較低一般適合于長期工作且對無功功率消耗比較大的設(shè)備。

分散補(bǔ)償是指將無功功率補(bǔ)償設(shè)備按照無功功率在輸電線路上的分布安裝在相應(yīng)的低壓母線上，從而形成對無功功率的分散補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式比較適合于負(fù)荷分布比較零散的地區(qū)，它能夠有效的對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償而且補(bǔ)償效果比較好，但是由于補(bǔ)償設(shè)備比較分散不利于相關(guān)設(shè)備的保養(yǎng)和維修。

要實(shí)現(xiàn)有效的無功功率補(bǔ)償最好是能夠?qū)崟r(shí)的對補(bǔ)償量進(jìn)行控制即能夠?qū)崿F(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)可調(diào)?，F(xiàn)階段比較常用的補(bǔ)償設(shè)備主要有并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償器和靜止無功發(fā)生器。

3.2 提高自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)一般要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

3.2.1 由上文的分析可知，異步電動機(jī)的大量使用是降低功率因數(shù)的主要原因之一。因此在采購異步電動機(jī)的時(shí)候要合理的選擇電動機(jī)的容量以及型號，使異步電機(jī)盡量工作在滿載運(yùn)行狀態(tài)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。另外，如果條件允許的情況下要使用一定量的同步電動機(jī)去代替異步電動機(jī)。

3.2.2 工廠應(yīng)當(dāng)合理的安排自己的工藝流程和生產(chǎn)線，提高相關(guān)設(shè)備的有效使用率，限制像數(shù)控車床、機(jī)床電機(jī)和電焊機(jī)等大功率設(shè)備的空載運(yùn)行。

3.2.3 盡量使電力變壓器工作在接近滿載的狀態(tài)，一般而言變壓器的工作負(fù)荷占設(shè)計(jì)容量的95%運(yùn)行時(shí)，設(shè)備的工作效率最高對設(shè)備的壽命影響最小。要防止變壓器長期工作在低負(fù)載甚至是空載運(yùn)行狀態(tài)。

結(jié)語

本文重點(diǎn)分析了影響功率因數(shù)變化的幾個(gè)主要因素并且介紹了提高供電功率因數(shù)的方法和措施改善提高供電功率因數(shù)是一個(gè)非常值得研究的課題，提高供電功率因數(shù)不僅能夠降低無功功率的損耗節(jié)約電能，更能降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，在中國企業(yè)依然處于經(jīng)濟(jì)寒冬的現(xiàn)在，對于生產(chǎn)成本的控制直接影響到企業(yè)的生存。。

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