工厂供电系统功率因数就地补偿的理论与实践

摘要：首先对无功功率补偿的物理本质进行研究，提出改善功率因数的方法和措施，然后简单介绍了功率因数补偿，并通过企业实践进一步了解工厂供电系统功率因数就地补偿的理论。

关键词：供电系统；就地补偿；功率因数

Abstract: In this study the physical nature of the reactive power compensation methods and measures proposed to improve power factor, and then a brief introduction to the power factor compensation, and business practices to further understand the theory of the factory power supply system power factor compensation on the spot.

Keywords: power supply system; compensation on the spot; power factor

中图分类号：U223.6文献标识码： A 文章编号：

1 工厂供电系统的功率因数对电力系统的影响

工厂供电系统设备都是利用交变磁场进行传递和交换能量，因此这些设备具有电感性。有一种功率可以引起负载与电源之间的电能的往返，这种功率称为无功功率。当有功功率需要量一定时, 增加无功功率需要量将引起:①总电流增加；②设备及供电线路的铜损大大地增加；③线路及变压器的电压损失增大, 使调压困难；④在保证转子绕组的正常工作的前提下, 发电机将达不到预定的出力。由于无功功率不利于电力系统和工厂供电系统的正常运行。因此,运用功率因数来衡量电力利用程度和设备使用状态。,提高功率因数既可以充分利用发供电设备,又可以提高电压质量、降低损耗以及节约电能。

2改善功率因数的方法和措施

提高功率因数的方法有提高自然功率因数和采用无功补偿提高功率因数两大类：

2.1提高自然功率因数

(1)合理选用异步感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行：合理更换轻负荷感应电动机或者轻负荷电动机的接线，防止“大马拉小车”；条件允许时，用同等容量的的同步电动机代替异步电动机。

(2)避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。

(3)合理安排和调整工艺流程．改善电气设备的运行情况。限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转。

(4)使用无压运行的电磁开关。

2.2采用无功补偿提高功率因数

提高用电设备自然功率因数后，仍达不到要求的，可采用无功补偿方法来实现。

（1）用同步补偿器作无功补偿

同步补偿器是无功功率发电机，它的最大优点是可以均匀地调节电网电压水平。但其投资和运行费用较静电电容器昂贵得多．因此，除大的电网中枢外，一般工业企业应用极少。

（2）用静电电容器(移相电容器或电力电容器)作无功补偿

静电电容器其产生超前电压容性电流特性与电动机．变压器产生滞后电压感性电流相抵消补偿作用。在用户线路上分别适当并联静电电容器可使前端电网上的无功电流大大降低，无功消耗即得到补偿。由于，静电电容器本身具有功率损耗极小，使用寿命较长，且容易安装的特点。因此，在一般工业企业中广泛采用的补偿装置是静电电容器。

在感性电路中并联电容器进行无功补偿是提高功率因数的有效方法，其补偿方式有个别补偿、分组分散补偿和集中补偿3种：①个别补偿：将静电电容器分散装设在各车间变配电所或用电设备附近。它能够补偿安装位置前边的所有高低压线路和变压器的无功功率。因此它补偿范围大、 效果好。但这种补偿方式总的设备投资大,且不便维护,多用在比较分散和补偿容量较小的小型工厂里。对于补偿容量较大的大中型工厂, 多采用集中补偿和个别补偿相结合的方式, 这样可以互相取长补短, 提高补偿装置的经济效果；②分组分散补偿：将静电电容器装设在车间变电所的低压母线上,这种补偿方式能补偿车间变电所低压母线前边的所有无功功率, 其补偿范围比集中补偿大,但比个别补偿范围小。它的优缺点介于集中补偿和低压分散补偿之间, 它在中小型工厂应用较多；③集中补偿：将静电电容器集中装设在高压变配电所高压母线上, 这种补偿方式只能补偿高压母线电源方向所有线路上的无功功率, 而在高压母线负载方向的厂区线路是得不到补偿的。因此,这种补偿方式对工厂的补偿方式经济效果较差, 但这种补偿对电力系统起到了补偿作用, 从电力系统的全局来看,这种补偿是必要和合理的。而且由于集中补偿初投资少,便于维护,可按实际负荷情况调节静电电器的容量来合理提高功率因数, 所以这种补偿方式在一些大中型企业应用很广。

3功率补偿

(1)功率因数补偿装置

功率因数补偿的装置主要有: 同步补偿器和静电电容器。同步补偿器：同步补偿器是无功功率发电机, 它的最大优点是可以均匀地调节电网电压水平,但它的投资和运行费用较静电电容器昂贵得多。因此, 除在大的电网中枢中应用外,一般工业企业应用极少。静电电容：器由于静电电容器本身具有功率损耗极小, 使用寿命较长,且容易安装的特点,因此,在一般工业企业中广泛采用的补偿装置是静电电容器。所以在电感性电路中并联电容器进行无功补偿是提高功率因数的有效方法。

(2) 功率因数补偿种类

①自然功率因素：在工厂供电系统中, 自然功率因数时的电压、 电流矢量如图1,此时的功率因数为自然功率因数。

图 1 自然功率因素时的电压、 电流矢量图

②过补偿：在图2 中, , 电路处于过补偿状态,此时由滞后于电压的变为超前于电压的, 如果,反而使, 线路电流增没有达到降低线损的目的。

图 2过补偿时的电压、电流矢量图,

③欠补偿：在图3 中, , 电路处于欠补偿状态,此时功率因数只能由提高到,线路电流由减小到。

图 3欠补偿时的电压、 电流矢量图

④完全补偿：如图4, 此时, 线路电流降至 ,此时电路处在完全补偿状态。

图4 完全补偿时的电压、 电流矢量图

显然,合适的功率因数补偿可以提高线路的功率因数,降低线路电流,提高变压器的供电负荷。但欠补偿和过补偿都属于不经济的运行状态。因此,在功率因数补偿装置中常采用自动调节装置。

功率因数补偿的实践

一企业的变压器容量为400kVA，额定电流：578A；设备配置电动机： 132kW 四极电机二台 ； 55kW 一台 ，30kW 四台 ，装机容量共计 494kW 。

正常生产要求电动机全部运行 （石子破碎及输送线 ），此时变压器及输电线严重发热，所以目前只能分段运行，即二台 132kW 电机不能满负荷运行（只能降低石子投放量）。

解决方案：①电网向负载供电有视在功率、无功功率、有功功率。在供电、用电过程中，它们保持功率三角形的关系，如图5中 S 、 Q 、 P 的关系。图中S为视在功率；Q为无功功率；P 为有功功率。

图5S 、 Q 、 P关系图

在本案例中由于电动机功率因素较低，若在图一中将改变为´即降低无功功率 ， 使点移到点 ， 则在电机所需有功功率 P 不变的情况下， ，变压器供给的总的视在功率可大大降低。