提高功率因数与电力生产经济效益

摘 要:功率因数反映了负载从电源接受的视在功率中，有多少转化成了有功功率。功率因数越高， 即无功功率越少，发、供、用电设备越能够充分发挥其能力。提高功率因数的措施主要是补偿无功功率， 以取得最大的节能和经济效益。

关键词:功率因数; 有功功率; 无功功率; 损耗

中图分类号：C93文献标识码： A

0 引言

每台供电设备都有额定容量， 即视在功率。在有感性负载时，用电设备输出的总功率中， 既有有功功率，又有无功功率。因此，加强无功功率补偿措施，提高功率因数，增强用电设备效率，就可使供电设备的容量得到充分利用，从而节约电能，这对全面开展节能降耗工作具有重要意义。

1 无功功率产生的原因

电力系统中的无功功率主要是感应电动机的励磁与漏磁消耗、电力变压器与线路损耗等。无功功率损耗造成电压降低，并且在传输与交换过程中损失大量有功电能，降低了输变电的负载能力。在电力系统中，电能经过几次电压变换，无功损耗也可高达 30%~40%，其无功损耗主要与供电负荷的组成及电压变换次数有关。

2 功率因数的要求及其与用电设备的关系。

功率因数 cosφ是有功功率与视在功率的比值，以 cosφ表示，即:

cosφ==

cosφ 的数值为 0 ～100%。

由 P=Scosφ可知，当S一定时，功率因数cosφ越低，有功功率就越小。

2.1 功率因数主要受感性负载的影响

功率因数反映了负载从电源接受的视在功率 S 中有多少转换成了有功功率 P， 其主要取决于电感性负载中电阻与感抗的数值。感性负载不消耗能量， 但感性负载与电源间功率的交换， 其本身需要一定的无功功率。并且需要的无功功率越大、功率因数就越低，而有功功率 P是一定值，自然供电容量会因功率因数的偏低而增大，造成不必要的损失。因此，如何减少用电设备与电源间能量的互换，是提高功率因数的关键。

2.2 不同用户的功率因数应达到下列规定高压供电的电力用户， 功率因数为 0.90 以上;其它 100千伏安(千瓦)及以上用户(如大、 中型电力排灌站)， 功率因数为 0.85 以上;农业用电， 功率因数为 0.80。功率因数越高， 即无功功率越少，发、供、用电设备越能够充分发挥其能力。故提高功率因数是节约无功电能的有效途径。

2.3 用电设备功率因数低的原因

(1) 大量采用感应电动机或其它电感性用电设备(如电焊机、 感应电炉等);

(2) 电感性的用电设备配套不合适或使用不当造成设备长期轻载或空载运行;

(3) 大量采用气体放电型灯具作照明光源;

(4) 变电设备的负载率偏低。

2.4 功率因数与线路损耗的关系

功率因数与线路损耗关系如表 1 所示，该表以功率因数为 1 时的线损为基数进行比较。

表1 功率因数下降与线损增加对比表

cosφ 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60

Δp% 11 23 38 56 78 104 136 178

2.5 提高功率因数的好处

(1) 提高功率因数可以提高发电、 供电(发电机、 电力线路、 变压器等)设备的供电能力， 同样的设备可以更充分的利用;

(2) 提高功率因数可以提高用户设备(如变压器等)的利用率， 节省用户电气设备投资;

(3) 提高功率因数可以降低电力系统电压损失和减小电压波动， 改善电能质量;

(4) 提高功率因数可以减少输、 变、 配电设备中的电流，因而降低电能输送过程中的损耗， 节约电力;

(5) 提高功率因数可以减少电费开支。

3 提高功率因数的措施

提高功率因数主要是补偿无功功率， 采用分散补偿与集中补偿相结合， 以分散补偿为主， 以取得最大的节能和经济效益。

3.1 无功补偿的类型

无功补偿主要有:高压集中补偿、 低压集中补偿和就地补偿三种。

(1) 高压集中补偿:补偿装置要装在变电站的高压母线上， 它只能对装置之前的线路进行补偿， 单位内部用电设备的无功功率得不到控制，不能实现很好的补偿作用。

(2) 低压集中补偿:是将补偿装置安装在台区内各配变的低压母线上， 通过对电源的无功补偿来提高整个变电所所属用电设备的功率因数。这种方式在低压供电中应用较广。

(3) 就地补偿:就是补偿装置安装在各大型用电设备进线处，使其无功功率得到补偿， 这是一种较彻底的补偿方式，但对于用电设备多而杂的单位，不适于采用这种补偿方式。

在进行补偿时，应防止无功的过补偿。过补偿不仅增加投资， 降低补偿的经济效益， 而且还恶化电压质量，给电网和用户带来危害。

3.2补偿容量的选择

采用无功补偿，可以有效地降低配电网的线损，改善电压质量，提高配电变压器的供电能力和用电设备的出力。以用电设备为例：若将电动机所需全部无功功率给予补偿的话，假设功率因数补偿前为0.7，补偿后达到1.0时，可变损失可减少51％，配电变压器的供电能力将提高30％。（见表2）

提高功率因数可变损耗减少的的计算公式：

P% = [1-（cosφ1/cosφ2）2]×100%

提高功率因数变压器增加供电能力的计算公式：

Sz % =[1- ( cosφ1/cosφ2) ] ×100%

表2提高功率因数与降低可变损失和增加变压器供电能力的关系

功率因数由右列数值提高到1.0 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95

可变损耗降低P（%） 64 57.75 51 43.75 36 27.75 19 9.75

变压器增加供电能力Sz（%） 40 35 30 25 20 15 10 5

4 补偿后的经济效益

提高功率因数降低配网损耗，实现无功的最优化配置和补偿。首先要认识到无功功率也是一种资源；其次要在提高设备自然功率因数的基础上重视无功补偿，实现电容器投切的优化控制；最后是要建立健全相应的无功补偿设备运行维护制度，保证设备的安全可靠运行。只有既重视无功补偿的安装，又重视投运后的运行维护，才能真正实现无功功率的合理分布，从而达到节能降损之功效，使供用电双方共同取得最佳的经济效益。

参考文献：

1．国家电网公司《电力系统电压和无功电力管理条例》

2. 李豫温《提高功率因数重视无功补偿，降低配网损耗》