浅谈功率因数

【摘 要】 有功功率是视在功率的一部分，有功功率在视在功率中所占的比重称为功率因数。用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要影响。

【关键词】 功率因数 电力负荷 节能降损 无功补偿

鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要影响。通常所说的负荷全称为电力负荷或电负荷，由电源供给负荷的总功率称为视在功率。视在功率分为两部分：一部分是保证用电设备正常运行所需要的电功率，也是将电能转换为机械能、化学能、光能、热能等其他形式能量的电功率，称为有功功率；另一部分电能在电源和电感性用电负荷之间交替往返的电功率，只能实现能量交换，而不做功的电功率，称为无功功率。

1 功率因数

有功功率是视在功率的一部分，有功功率在视在功率中所占的比重称为功率因数。有功功率、无功功率、视在功率和功率因数之间的关系可用下列公式表示：

cos∮=P/S

式中：S---视在功率；kV.A，P---有功功率；kW，Q---无功功率，kvar；cos∮---功率因数；∮---视在功率与有功功率的夹角。

2 影响企业功率的因素

（1）异步电动机空载时消耗的无功功率约占电动机总无功消耗的60%～70%。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轻载或空载，致使无功功率的损耗增大。（2）变压器的负载率和年利用小时数过低，会造成过多消耗无功功率。（3）线路中的无功功率损耗。高压输电线路的感抗值比电阻值大好几倍，因此无功功率损耗是有功功率损耗的数倍。（4）大量采用电感性用电设备，如异步电动机、变流电焊机等。

3 提高功率因数的效益

3.1 降低损耗

提高功率因数，可降低线路与变压器的可变有功功率损耗。当负荷电流通过线路和变压器时，造成的可变有功功率损耗可按下列公式计算：P=3I2R×10-3=（P2/U2cos2∮）R×10-3（KW）

式中：I----线路与变压器通过的电流（安培）；R---线路与变压器每相等值电阻（欧姆）；P---线路与变压器输送的有功功率（千瓦）；U---电网线电压（千伏）；cos∮---负荷功率因数。由上式可知，电网电压和输送功率不变时，提高负荷的功率因数可以减少负荷的无功功率损耗，使负荷电流减小，能达到了节能降损的目的，从而取得降低电网可变有功功率损耗的显著效益。

3.2 提高功率因数可减少电网设备容量，提高电网及设备的有效出力

视在功率为：=P/cos∮

由上式可知，在输送同样的有功功率情况下，采用无功补偿措施提高负荷的功率因数后，设备的装见容量（视在功率S）可以减少。当设备装见容量已给定，提高负荷功率因数后，可以提高电网的输送能力或设备的有效出力。

3.3 改善用户电压质量，提高用电设备的经济运行水平。

电力用户的电压降低是由于线路和变压器损失造成的。电压损失由下式表示：U=（PR+QX）/UN

式中：U---电压损失；P---电网输送的有功功率；Q---电网输送的无功功率；R---线路与变压器的等值电阻；X---线路与变压器的等值电电抗；UN---线路的额定线电压。由上式可见，提高负荷的功率因数可以减少线路和变压器的无功功率的输送，从而减少电网的电压损失，有效地改善和提高末端用户处电压水平，使用电设备的经济运行水平也得到提高。

3.4 节省用户的电费开支

根据相关规定，设备容量在100KVA及以上用户需安装无功计量装置，计收力率调整电费。供电企业每月计收100KVA及以上用户电费时，根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整电费表”所规定的百分数增减电费。

4 功率因数标准值及其适用范围：

（1）功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户。装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站。（2）功率因数标准0.85，适用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工业用户，100千伏安（千瓦）及以上的非工业用户和100千伏安（千瓦）及以上的电力排灌站。（3）功率因数标准0.80，适用于100千伏安（千瓦）及以上的农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由电业局直接管理的趸售用户，功率因数标准为0.85。

5 无功补偿的方式

（1）集中补偿：将电容器集中安装中变电所的10（6）KV母线侧。其优点是：可以减少主变压器和输电线路的负荷，弥补10KV及以下线路分散安装电力电容器容量的不足。可以通过电容器组的投切进行电压调整，同时便于维护。其缺点是：不能减少配电网的负荷，降低线损的效果不如分散补偿。补偿容量的确定：一般可按主变压器容量的25～30%考虑。当主变压器负载较轻时，可按所带负载的20～30%配置。（2）分散补偿。分散补偿电容器组要合理分布安装，安装点的电压水平应不超过电容器额定电压值的1.05倍，一般应位于分支线长率的1/3～2/3之间。（3）就地补偿。将电容器直接并联在用电设备旁。其优点是可以减少低压配电线路的导线截面和配电变压器的容量，具有最佳调压和降损效果。缺点是对一些年运行小时少的设备，补偿电容器利用率不高。

6 无功补偿容量的确定

用计算法求电容器容量：Q=Pav（tg∮1-tg∮2）

式中：Q---所需补偿的电容器容量（kvar）；Pav---最大负荷月的平均负荷（KW）；tg∮1---对应于补偿前功率因数的∮角的正切值；tg∮2---对应于补偿后功率因数的∮角的正切值。补偿后的功率因数应适当，对功率因数要求过高，不但需要装设过多的电容器，而且在轻负荷时会出现过补偿，向电网倒送无功，使线损增加，因此是不经济的。此外，还可以利用查表法求得补偿容量。

7 企业提高功率因数方法

（1）合理选配用电设备的容量。（2）减少或限制轻载和空载运行的用电设备。（3）合理调整各工艺流程，改善用电设备的运行状况。（4）对经常性变动和周期性变动负载的电动机，要采用调速装置，使电动机运行在最经济状态。（5）对于低速、恒速长期连续运行的大型机械设备，可采用同步电动机作为动力。（6）可以通过采用功率因数的人工补偿法来解决这一问题。如：安装同步调相机、并联电容器、静止补偿装置等。