浅议功率因数的低压无功补偿

摘要：对于绝大多数的电力企业，用户功率因数直接与电力网中的电能消耗和功率大小相关，进而影响供电线路的电压波动、电压损失，而且与电能利用率和整片供电区域的供电质量好坏相联系。如何有效提高低压配电网的功率因数，已成为电力企业的重要议题。以大三暑假在杭州临平供电所实习的内容为载体，结合电气工程及其自动化专业知识，查阅相关文献资料，通过简介电网功率因数的主要相关因素以及低压无功补偿常见的几种方法，再总结无功补偿容量的确定方法和改善电力系统功率因数的一般途径。

关键词：功率因数；影响因素；补偿方法；容量确定

作者简介：楼冯梁（1990-），男，浙江杭州人，三峡大学电气与新能源学院本科生。（湖北 宜昌 443002）

中图分类号：TM4     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）24-0138-02

电网中的有功功率和视在功率的比值称为功率因数，公式。我们希望在电网的实际运营中功率因数越大越好，如能提高功率因数，电网中的视在功率将大部分转化为有功功率，从而降低无功功率的耗损。电力系统中供、用、发电设备的正常运行都受用户功率因数高低的影响。要想充分利用发、供电设备的生产效率，改善电路电压质量，减少线路中无效损失，提高人们用电设备的工作效率，为用户减少和节约电能，必须适当提高用户的功率因数。一般当供电电压低于额定值大小时，无功功率相应减少，功率因数相应得到提高，但供电电压的降低会导致电器不能正常运转。当供电电压是额定值的110%时，企业的无功功率将增加35%左右。[1]如果能有效地做好低压补偿工作，使电力系统的供电电压尽量保持稳定水平，不仅可以减轻大多供电企业上一级电网补偿的压力，而且电能损失能够得到有效降低，从而为用户节约电费。由此带来的经济效益和社会效益将十分明显。

一、电力企业功率因数的现状

因为电网中的日光灯、变压器、电动机及电弧炉等电力负荷大多属于电感性负荷，它们在工作过程中不仅要有功功率来做功，而且要利用无功功率产生磁场。我国绝大多数企业为避免被罚款，都将其变电系统中的功率因数补偿到规定指标0.9以上。[1]也就是说大多数电力企业在功率因数集中补偿工作中做得不错，但部分企业的就地补偿和分组补偿工作做得不太理想，其输配电线路大部分功率因数在0.6以下，或者压根就没做补偿工作。

二、功率因数的主要影响因素

功率因数主要是在交流用电设备工作过程中产生的，用电器除利用有功功率之外，还会产生无功功率。在有功功率P一定的情况下，减少无功功率Q的大小，便会提高功率因数。在极端情况下，当Q=0时，则其功率因素P=1。由此可见提高功率因数的实质就是减小用电器的无功功率需要量。在实际电路中，采用大量的感性设备，电感性设备配套不合适和使用不合理，变压器的负荷率过低和利用时间过短，线路中的无功功率损耗，无功补偿设备的容量不足，都会增加无功功率，使功率因数降低。[2]

采用大量的感性设备，如感应电炉、异步电动机、交流电焊机等是无功功率的主要消耗者。

电感性用电设备配套不合适和使用不合理，会造成用电设备长期空载或轻载运行，增加无功功率的消耗。

变压器的负荷率过低和年利用时间过短，造成无功功率过多消耗。所以，负荷率过低和利用时间过短，就会产生无功功率的无谓消耗。

线路中的无功功率损耗。高压输电线路的感抗值是电阻值几倍，因此电路中的无功功率损耗是有功损耗的几倍。

无功补偿设备的容量不足。企业用电设备所消耗的无功功率主要来自发电机供给，当无功补偿设备容量不足时，输变电设备的无功功率消耗会很大。

三、低压网无功补偿

电网的最末端是农村低压电网，农网用户大多为低压用户。因此对低压无功负荷的补偿是农网无功补偿的中心。如果能有效做好低压补偿工作，使电力系统的供电电压尽量保持稳定水平，不但可以减轻大多供电企业上一级电网补偿的压力，用户的功率因数得到提高，而且电能损失能够得到有效降低，从而为用户节约电费。低压补偿对农电部门、农村用户和企业都有好处。实现无功就地平衡是低压无功补偿的主要出发点。通常主要有三种方法可以实现低压无功补偿：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。下面简单介绍这几种补偿方式的适用条件。[3]

（1）随机补偿是将电动机和低压电容器组并接，通过控制、保护装置与电机同时投切称随机补偿。电动机的无功消耗可采用随机补偿，以补偿磁无功为主，此种补偿方式可有效地改善农网无功峰荷。在电机退出运行时为防止产生自激过电压，一般电机的空载无功应小于补偿电量，[3]即，通常推荐

式中Ue——额定电压；

I0——电机空载电流；

QC——补偿电容器容量。

（2）随器补偿是通过低压保险将低压电容器接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器的空载无功现象。变压器的空载励磁无功负荷主要源自在空载或轻载时配电变压器的无功负荷，配变空载无功负荷产生农网无功负荷的主要部分，轻负载配电变压器的这部分损耗与供电量的比值较大，会致使电费单价增加，不利于同网同价的实现。通常主要采取以下方式计算变压器的空载励磁无功：[3]

式中Q0——变压器空载励磁无功功率；

I0%——空载电流百分数；

Se——变压器额定容量，KVA。

（3）跟踪补偿控制保护装置采用无功补偿投切装置，在大用户 kV母线上接入低压电容器组补偿。[4]这种方式可用在100KVA以上的专用配变用户上，与随器、随机两种补偿方式相比，跟踪补偿效果相对较好。此补偿方式优点是运行方式灵活，后期维护工作量小，比前两种时间更长、工作更安全。其缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。上述三种补偿方式都可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿，降低损耗节能效果好。[5]当这三种补偿方式的经济评价相差不多时，跟踪补偿方式可首先考虑。

四、提高系统自然功率因数

在不添置任何补偿设备的情况下，采用降低各用电设备所需的无功功率，减少负载取用无功进而提高工矿企业功率因数的方法，不需要增加额外的投资，是提高功率因数最经济的方法。接下来简单介绍提高自然功率因数的措施。

1.合理使用电动机

对电动机的型号、规格和容量都要合理选择，保证其在工作时接近满载。选择电动机要考虑它们的电气指标，又要考虑它们的机械性能。长期处于低负载下运行的电动机，既会使功率因数和效率都显著恶化，又会增大功率损耗。[6]因此必须选择合理的电动机容量，节约电能和提高功率因数才会实现。

2.提高异步电动机的检修水平

专业研究证实，异步电动机定、转子间的气隙变动和定子绕组匝数变动时，异步电动机无功功率的大小会受到影响。[7]

3.同步电动机或异步电动机同步运行

只要调节电机的励磁电流至过激状态，同步电机就会向电网输出无功功率，电网输送给用电企业的无功功率相应减少，从而用电企业的功率因数会得到提高。适当将异步电动机三相转子绕组连接并通直流励磁电流，使其在同步电动机下运行，这就是通常说的“异步电动机同步化”。[8]因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态就会向电网输出无功，提高低压网功率因数的目的就能达到。

通过以上这些提高自然功率因数的阐述，“功率因数”这个简单的电力术语我们就有了一定的认识和了解。提高功率因数可以降低线路损耗、改善电压质量，减少设备容量并提高设备供电能力，节省用电企业的电费开支，因此改善供电因数意义重大，今后我们将探索新的补偿途径。

参考文献：

[1]肖运新.用电监察[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

[2]王正风,洪梅,王凤霞.无人变电站中无功优化软件的设计和研究[J].电力建设,2001,22(5):14-17.

[3]王正风,潘本琦,王凤霞.企业无功功率的最佳补偿容量[J].电力电容器,2001,(3):18-20.

[4]丁毓山,徐义斌.无功补偿岗位培训教材[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

[5]刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,2009.

[6]卢文鹏,刘晓春.企业供电系统及运行[M].北京:中国电力出版社,2007.

[7]王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程[M].北京:中国水利水电出版社,2007.

[8]虞忠年,陈星莺,刘吴.电力网电能损耗[M].北京:中国电力出版社,2000.

（责任编辑：麻剑飞）