淺談工廠中提高功率因數(shù)的措施

王 丹

(遼寧本溪本鋼北營動(dòng)力廠，遼寧 本溪 117000)

淺談工廠中提高功率因數(shù)的措施

王 丹

(遼寧本溪本鋼北營動(dòng)力廠，遼寧 本溪 117000)

分析了造成供電系統(tǒng)功率因數(shù)偏低的主要因素，概述了提高功率因數(shù)的重要意義，介紹了提高功率因數(shù)的基本方法，并對近年來人工補(bǔ)償無功功率的先進(jìn)手段進(jìn)行了簡要說明。

功率因數(shù)；有功功率；無功補(bǔ)償

0 引言

功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。提高功率因數(shù)，對廠礦企業(yè)減少能源浪費(fèi)，降低成本消耗，改善電網(wǎng)質(zhì)量具有特別重要的意義。在電力系統(tǒng)中，用戶功率因數(shù)直接關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動(dòng)，以及電能的節(jié)約和整個(gè)供電區(qū)域的供電質(zhì)量。對廣大廠礦企業(yè)來說，功率因數(shù)是關(guān)系到電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要問題，應(yīng)予以充分重視。

1 功率因數(shù)的定義

在交流電路中，電壓與電流之間相位差(φ)的余弦叫做功率因數(shù)，用符號cosφ表示；在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。簡要來說就是對電能的利用率。

2 影響功率因數(shù)的主要因素

(1) 大量的感性設(shè)備，如異步電機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等，是無功功率的主要消耗者。

(2) 變壓器作為廠礦中重要的供配電設(shè)備，其產(chǎn)生的無功功率同樣是影響功率因數(shù)的主要因素，尤其是大容量變壓器，消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時(shí)的1/3[1]。

(3) 系統(tǒng)電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快。同時(shí)，電壓過高對電氣設(shè)備使用壽命以及絕緣性能等有較大危害。

(4) 用電設(shè)備自身特性。由于各種用電設(shè)備的自身特性不同，電壓與電流之間的相位關(guān)系大不相同，所以設(shè)備自身特性直接影響系統(tǒng)功率因數(shù)。

3 提高功率因數(shù)的重要意義

(1) 提高電能質(zhì)量，改善設(shè)備運(yùn)行條件，可保證設(shè)備在正常條件下工作，這就有利于安全生產(chǎn)。

(2) 可節(jié)約電能，減少無功損耗，降低生產(chǎn)成本，減少企業(yè)的電費(fèi)開支。

(3) 能提高企業(yè)用電設(shè)備的使用效率，充分發(fā)揮企業(yè)的設(shè)備潛力。

(4) 可減少線路的功率損失，提高電網(wǎng)輸電效率。由于線路使用的導(dǎo)線存在著電阻，電流通過線路時(shí)，線路自身要產(chǎn)生有功功率損耗，該有功功率損耗又與電流平方成正比，線路在輸送一定的有功功率時(shí)，線路的電流又與功率因數(shù)成正比。所以，線路在輸送一定的有功功率時(shí)，其自身產(chǎn)生的有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比，故提高功率因數(shù)就能降低線路的有功功率損耗。

(5) 可改善變壓器運(yùn)行效率，減少無功損耗，提高變壓器出力。由于變壓器在輸出一定有功功率時(shí)，其需用容量(視在功率)與變壓器的功率因數(shù)成反比，所以當(dāng)變壓器輸出一定有功功率時(shí)，功率因數(shù)提高就能減少變壓器的需用容量，從而提高變壓器的供電能力。

4 改善功率因數(shù)的措施

(1) 減小電機(jī)的空載損耗。感應(yīng)電機(jī)的空載損耗主要是無功功率損耗，因?yàn)殡姍C(jī)在輕載或空載時(shí)功率因數(shù)很低，所以，要正確選擇異步電機(jī)的容量，容量不能過大，盡可能滿載運(yùn)行，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象發(fā)生。

(2) 提高感應(yīng)設(shè)備的檢修質(zhì)量。感應(yīng)設(shè)備的檢修質(zhì)量對功率因數(shù)影響很大，所以檢修感應(yīng)設(shè)備時(shí)，應(yīng)保證原來的各項(xiàng)參數(shù)不變，使檢修后電機(jī)的效率、功率因數(shù)不低于原來出廠時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 電力變壓器不宜長期輕載、空載運(yùn)行。變壓器空載運(yùn)行會使用電增加，對整個(gè)系統(tǒng)來說會增加線損，增加運(yùn)行成本。變壓器相當(dāng)于感性負(fù)荷，也會消耗一些系統(tǒng)無功。電力變壓器的容量也不宜選擇太大，因?yàn)閷Ω邏弘娋W(wǎng)來說，變壓器是高壓電網(wǎng)的負(fù)載，也有提高功率因數(shù)的問題。若變壓器輕載運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷率小于額定容量60%時(shí)，一次側(cè)的功率因數(shù)就顯著下降，可達(dá)11%～18%。因此，電力變壓器在負(fù)荷率為60%以上時(shí)，運(yùn)行才比較經(jīng)濟(jì)。正常情況下80%比較合適。

圖1為正常情況下變壓器效率與功率因數(shù)之間的關(guān)系曲線[2]。

圖1 變壓器效率與功率因數(shù)關(guān)系曲線

(4) 合理安排工藝流程。在生產(chǎn)過程中，尤其是工程新建以及設(shè)備調(diào)試期間，應(yīng)避免電氣設(shè)備的空載運(yùn)行時(shí)間過長，要合理安排好工藝流程，減少電能損耗。

(5) 加強(qiáng)電力設(shè)備管理，準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)負(fù)荷變化情況，及時(shí)調(diào)控?zé)o功補(bǔ)償設(shè)備。在生產(chǎn)過程中，由于系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)較大，應(yīng)準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)用電情況，根據(jù)功率因數(shù)的變化，及時(shí)調(diào)控廠礦所設(shè)有的無功補(bǔ)償設(shè)備，如SVC無功補(bǔ)償設(shè)備、并聯(lián)電容器等，避免功率因數(shù)過低以及過補(bǔ)償現(xiàn)象發(fā)生。

另外，可通過人工補(bǔ)償無功功率來提高功率因數(shù)。表1為本廠部分變電所電容器補(bǔ)償前后功率因數(shù)變化情況。

表1 功率因數(shù)變化情況表

注：僅供參考，依據(jù)負(fù)荷不同而變化。

目前，大多廠礦采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率，即在感性負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)容量的電容器，由于電容器產(chǎn)生容性無功，利用它的無功功率來補(bǔ)償用電設(shè)備的感性無功功率。

在許多廠礦中仍采用落后的固定式電容補(bǔ)償，即并聯(lián)電容器的容量一定，投入補(bǔ)償時(shí)，將電容器的全部容量投入，不能依據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化而變化，缺乏一定的靈活性，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，經(jīng)常會出現(xiàn)過補(bǔ)和欠補(bǔ)現(xiàn)象，造成系統(tǒng)功率因數(shù)波動(dòng)較大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)痣娏ο到y(tǒng)諧振，損壞設(shè)備，影響生產(chǎn)，更容易造成電容器運(yùn)行中過電壓、過電流、使用壽命減短等問題。

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，近幾年研究開發(fā)了新的無功補(bǔ)償裝置——變電站無功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。它從調(diào)節(jié)手段突破，不采用電容器投切方法，而是利用調(diào)節(jié)電容器端電壓改變輸出容量，電容器前端增設(shè)可調(diào)壓變壓器，利用補(bǔ)償無功Q=2πfCU2的原理，改變電容器輸入電壓，從而改變系統(tǒng)無功補(bǔ)償量；還有一種是靜止式動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)，即電容器提供固定的容性無功Qc，通過可控硅導(dǎo)通角改變電抗器輸入電流，補(bǔ)償電抗器通過的電流決定了補(bǔ)償電抗器輸出感性無功QTCR的大小，感性無功和容性無功相抵消，只要能做到系統(tǒng)無功Qn=Qv(系統(tǒng)所需)-Qc+QTCR=常數(shù)，則能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，據(jù)此改變系統(tǒng)無功補(bǔ)償量，從而解決了電容器運(yùn)行中的過電壓、涌流等問題，改投切的滯后調(diào)節(jié)為實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。目前，變電站電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的推廣應(yīng)用使電壓無功管理水平大大提高，可大幅度降低線損，提高廠礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。其可以實(shí)現(xiàn)適時(shí)調(diào)節(jié)，而且保證電容器永遠(yuǎn)運(yùn)行在額定電壓以下，確保電容器使用安全，延長了其使用壽命。電容器固定接入不分組，而其輸出容量可連續(xù)調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

通過上面的分析可以看出，提高功率因數(shù)對節(jié)約電能、降低損耗、提高變配電設(shè)備的供電能力是極其有利的。本文主要討論了低功率因數(shù)對電力系統(tǒng)的不利表現(xiàn)，分析了廠礦企業(yè)功率因數(shù)低的主要原因，在此基礎(chǔ)上著重研究了提高功率因數(shù)的方法和人工補(bǔ)償無功功率的手段，并分析了提高功率因數(shù)對電力系統(tǒng)的重要意義?？傊?，提高功率因數(shù)必然對國家能源的利用、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到積極作用，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，保障安全運(yùn)行不可或缺的條件，它不僅能夠減少電費(fèi)開支，提高企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠?yàn)閲夜?jié)約資源。因此，應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施來提高廠礦企業(yè)的功率因數(shù)，降低無功損耗，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].中國電力出版社，2004

[2]薛素旭，白會芳，郭偉華.煤礦企業(yè)提高功率因數(shù)的實(shí)踐與運(yùn)用[J].東方企業(yè)文化，2011(10)

2014-06-20

王丹(1982—)，女，遼寧本溪人，助理工程師，研究方向：提高功率因數(shù)的意義。