功率因数与线损关系的分析

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0349-01

对于我们供电系统来说，对负荷不但有较高的负荷率，较高的分散因数，而且也要有较高的功率因数。功率因数是决定供电企业经济效益的一个极为重要的因素，它直接反映了系统中有功功率与无功功率的分配。

当负荷有功功率不变的情况下，提高负荷的功率因数，即意味着减小了负荷的无功功率，因而可减少发电机送出的无功功率和通过线路及变压器的无功功率，所以将减少线路和变压器中的有功功率损耗及电能损耗。因而提高负荷功率因数是降损的重要措施。

要提高负荷的自然功率因数就需要在电网的负荷处安装电容补偿装置，让负荷所需无功功率基本上就地平衡，这不但可以使线损大大降低，而且可以改善电压质量与提高线路和变压器的输送能力。例如美、英、日等国规定配电线路上基本不送无功功率，而供电线路的功率因数在高峰负荷时约为0.95，在低容负荷时约为1.0。我们国家规定：普非工业用户的功率因数要求从0.85提高到0.9；大工业用户的功率因数要求从0.9提高到0.95，农电的功率因数要求达到0.8及以上。随着我国电力系统的快速发展，按节能要求还应有待提高及完善。

一、低功率因数值运行

我们知道系统在低功率因数值下运行时不利 ，其不利之处表现在如下几个方面：

1、对于一个给定的负荷，当供电电压一定时，则功率因数越低，电流也就越大，因为：

这里：P是一定的有功负荷，V是线电压，可见供电电流与功率因数成反比。

我们知道，发电机与变压器额定容量都是正比于其输出电流，从而，也就反比于功率因数。所以供出同样功率因数的条件下功率因数越低，则要求发电机与变压器的容量就越大，因此发电机与变压器的投资就越高。

2、电气设备的铜损正比于电流的平方，从而反比于功率因数的平方。由此可知，功率因数越低，则电气设备中的铜损就越大，效率就越低。与此相似，当系统的功率因数很低时，对于传递同样的功率则电流加大，所以若导线尺寸相同，则电能传输系统意味着有更大的能量损耗。因为线路损失为：

==（KW）

3、导线的截面、隔离开关的导电面积，在低功率因数下都必须加大以通过更大的电流，可见投资也需要增加。

4、提高功率因数，可以减少无功负荷，从而降低线路电压降，改善用户的电压质量。

这里：P是线路有功负荷，Q是线路无功负荷，R是线路电阻，X是线路电流，V是线路供电电压。

其中S是视在功率，若有功负荷一定时，功率因数越大，无功负荷就越小，则线路电压就越小。

二、产生低功率因数的主要原因：

1、变压器都带有励磁电流，它对于感应电势来说，总是滞后的。在正常情况下，励磁电流不致影响功率因数，但当轻负荷运行时，原端功率因数就降低。

2、大量使用感应电动机也造成系统功率因数降低。因为不可能所有的电动机都在满负荷运行，当电动机满负荷运行时，功率因数可达0.85；当电动机在75%额定负荷运行时，功率因为0.8；而当电动机在50%额定负荷运行时，功率因数为0.7；若电动机是空载运行，则功率因数为0.2-0.3。可见，大量使用电动机而这些电动机又不能全部满负荷运行时，系统的功率因数自然降低。

3、电弧等也是以低功率因数运行的。

4、由于在用户中大量使用着修理过的电动机，这些修理过的电动机通常其定子绕组的匝数少于原来的匝数，因此，这些电动机中漏磁通增加，造成电动机功率因数降低。

以上分析了低功率因数值情况下各种不利及对线损影响，另外查找了低功率因数的主要原因。针对问题，我们应采取哪些办法改善这种情况呢？下面简要论述一下。

提高功率因数的途径主要在于如何减少电力系统中各个部分所需的无功功率，特别是减少负荷用的无功功率，使电力系统在输送一定的有功功率时，可降低其中通过的无功电流。

三、提高功率因数降低线损

提高功率因数方法很多，总的可以归为两大类。

（一） 提高自然功率因数的办法

采用降低各用电设备所需的无功功率，以改善其功率因数的措施称为提高自然功率因数的方法。主要有：

1、正确选用异步电动机的型号与容量

各企业所取用的无功功率中，异步电动机约占70%以上。因为异步电动机的功率因数和效率在70%至满负荷运行时较多，在额定负荷时其功率因数约为0.85-0.89，而在空载或轻载运行时的功率因数都要降低，空载时的功率因数只有0.2-0.3。因此，正确选用异步电动机使其额定容量与所带负荷相配合，对于改善功率因数是十分重要的。

2、电力变压器不宜空载运行

电力变压器一次侧功率因数不但与负荷的功率因数有关，而且与负荷率有关。若变压器满载运行，一次侧功率因数仅比二次侧降低约3-5%；若变压器轻载运行，当负荷率小于0.6时，一次侧功率因数就显著下降，下降达11-18%，所以电力变压器在负荷率0.6以上运行时才较为经济。为了充分利用设备和提高功率因数，电力变压器不宜空载运行。当电力变压器负荷率小于30%时，应当更换容量较小的变压器。

3、合理安排和调整工艺流程，改变电机设备的运行状态，限制电焊机和机床电动机的空载运行。例如可采用自动延时继电装置。

4、异步电动机同步化运行

对于负荷率不大于0.7及最大负荷不大于90%额定功率的绕线式异步电动机，必要时可使其同步化，即当绕线式异步电动机在起动完毕后，向转子三相绕组送入直流励磁，其运行状态与同步电机相似，在过励磁的情况下，电动机可向电网送出无功功率，从而达到改善功率因数的目的。

（二）提高功率因数的补偿法

采用供应无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率，以提高功率因数的措施称为补偿法。采用补偿法，必须增加新设备。此外，补偿设备本身也有功率损失，所以从整体看，应首先采用提高用电设备自然功率因数的方法。但当功率因数达不到要求的时候，则需采用专门的补偿设备来提高功率因数。

应用人工补偿无功功率的办法主要有：

1、应用移相电容器

2、采用同步电动机

3、采用同步调相机

在工业企业中，一般用移相电容器来补偿，而不采用同步调相机，同步调相机是无功功率发电机，大容量同步调相机主要用在电子系统的枢纽变电所汇总，供改进功率因数和调整电力网电压水平之用。工业企业采用同步调相机，无论在设备投资或者在有功功率损耗方面都是不经济的。

同步电动机在过励磁方式运行时，就向电力系统输送无功功率，提高了工业企业的功率因数。

移相电容器由于具有很大优点，在工业企业中被广泛用作人工补偿装置：

（1）移相电容器没有旋转部分，运行维护很方便。

（2）移相电容器的有功功率损耗小，约为0.25-0.5%，而同步调相机的有功损耗约为1.5-3.0%，要大5-10倍。

（3）移相电容器可随系统中无功功率容量的需要，方便地增加或减少安装容量和改变安装地点。

（4）个别移相电容器的损坏并不影响整个装置的运行，而在同步调相机中，即使损坏不太严重，也要完全停止供给无功功率。

（5）在短路的情况下，同步调相机有较大的短路电流，因而增加用户开关的断流容量，而移相电容器无此缺点。

从以上可知，功率因数降低，线损增大，功率因数提高，线损降低，这就是我们要考虑如何提高功率因数，进行无功补偿，从而达到降低线损、节能这一目的，进一步增加电力企业的效益。