功率因数

功率因数高低，对发电机运行有什么影响？

(2009年10月8日 )

要回答这问题先分析一下同步发电机的几种并网运行状态：

1、滞后运行(常态运行)----发电机向电网同时送出有功功率和无功功率(容性)。(功率因数0.8左右)

2、超前运行(进相运行)----发电机向电网送出有功功率，吸收电网无功功率。（只发有功，不发无功）

3、调相运行----发电机吸收电网的有功功率维持同步运转，向电网送出无功功率(容性)。（吸收有功，只发无功）

4、电动机运行(非正常运行)-----发电机同时吸收电网的有功功率和无功功率维持同步运行。
前三种运行状态都是同步发电机的正常运行状态，第4种运行状态应避免。

发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.
发电机的进相运行：

电力系统在运行过程中，如果无功功率过剩，系统的电压就会升高，影响系统的正常运行，此时需要将发电机调整到进相运行状态。

当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行。
同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少,发电机电势Eq亦相应降低.从P-功角关系看,在有功不变的情况下,功角必将相应增大,比值整步功亦相应降低,发电机静态稳定性下降.其稳定极限与发电机短路比,外接电抗,自动励磁调节器性能及其是否投运等有关。
进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大.特别是大型发电机线负荷高,正常运行时端部漏磁比较大,端部铁芯压指连接片温升高,进相运行时因为漏磁增大,温升加剧.进相运行时发电机端部电压降低,厂用电电压也相应降低,如果超出10%,将影响厂用电运行.
因此,同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度.即在供给一定有功状态下,吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定,各部件温升不超限,并能满足电压的要求。
发电机组在设计时已考虑了不利于正常运行的因素，允许发电机做短时间的进相运行，但不同结构的发电机组在做进相运行时都可能表现出较大的差异。
制约发电机进相运行的主要因素有:
(1) 系统稳定的限制
(2) 发电机定子端部件温度的限制
(3) 定子电流的限制
(4) 厂用电电压的限制
为什么发电机进相运行时,定子端部铁芯严重发热?
发电机运行时,定子绕组端部的漏磁场也是以同步转速对定子旋转的,其漏磁场的一部分是经过定子绕组端部空间,转子护环,气陷及定子端部铁芯构成磁路的,因此使定子端

部铁芯平面上产生涡流而发热.此外,
励磁绕组紧靠护环,因此它的漏磁场主要经护环闭合,当进相运行时,由于励磁电流减小励磁绕组端部漏磁场减弱,于是护环的饱和程度下降,减小了定子端部漏磁场所经过磁路的磁组,从而使定子端部漏磁场增大,铁损加大,致使定子端部铁芯严重受热.
功率因数为1的时候，是发电机滞后运行和超前运行的分界线，这时发电机不向电网送无功功率也不吸收电网无功功率。在若干年前，由于电网的容量小，稳定性差，加上发电机励磁系统的性能等原因，发电机在超前运行时很容易引起震荡失步，所以机组一般不允许超前运行。现时电网的容量可以说是“无穷大”，其稳定性、电能的质量不可同日而语。各电站可以根据调度令或电站机组自身的实际情况(包括转子温升和励磁系统的稳定性等)选择不同的正常运行状态。在某些局部地区因附近有大功率用电设备的干扰，如果供电主变压器又容量不足时，发电机功率因数就不宜在接近超前值运行了，否则容易引起震荡失步跳闸，这个问题是可以解决的，就是使用高品质的数控励磁系统。

发电机的调相运行：

在电网的总负载下，即要求供给有效功率，又要求供给无功功率，而如果发电机发出的无功功率不能满足电网对无功功率的要求，就会引起整个电网的电压下降，不利于电网对动力的负载。
调相运行就是指发电机不发出有功功率，指向电网输出感性无功功率的运行状态，从而起到调节系统功率，维持系统电压水平的作用。
调相运行是发电机工作在电动机状态，它即可以过励磁运行也可以欠励磁运行。过励磁运行时，发电机发出感性无功功率。欠励磁运行时，发电机发出容性无功功率。一般作调相运行时均是指发电机工作在过励磁状态，即发出感性无功功率。

小型发电厂发电机电压、频率、功率因数变动时的运行方式规定：
1 发电机运行电压的变动范围在额定电压的±5%以内而功率因数为额定值时，其额定容量不变。
2 发电机连续运行的最高允许电压应遵守制造厂的规定，但最高不得大于额定值的110%。发电机的最低运行电压应根据稳定运行的要求来确定，一般不应低于额定值的90%。
3 当发电机的电压下降到低于额定值的95%时，定子电流长期允许的数值，仍不得超过额定值的105%。
4 频率变动的范围，不超过±0.5HZ/S 时，发电机可按额定容量运行。
5 发电机在运行中功率因数变动时，应使其定子和转子电流不超过在当时进风温度下所允许的数值。
表面冷却发电机的功率因数，一般不应超过迟相0.95，如有自动调整励

磁装置，必要时可以在功率因数为1 的条件下运行，
并允许短时间在进相0.95～1 的范围内运行。
综上所述，发电机是否能进相运行（功率因数的确定）应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验来确定。进相运行的可能性决定于发电机端部结构件发热和在电网中运行的稳定性。



马 骏



功率因数低，要看是分什么形式的电厂，上网的和独网运行的是有区别的。功率因数无非反应的是有功与视在功率的比值，这位说的（（当功率因数低于额定值时，发电机的出力应降低，因为功率因数越低，定子电流的无功分量越大，由于感性无功起去磁作用，所以减弱主磁通的作用越大，这时为了维持定子电压不变，则必然会使转子电流超过额定值，这会引起转子绕组的温度超过允许值而使转子绕组过热。象楼主那的情况功率因数在0.1-0.5了，应该使发电机出力保证在60%-79%范围内调整，并严密监视转子电流不超过所允许的数值。））按我分析上面所说真对的是上网电厂，但对于独网运行的小电厂来说，用电负荷的有功负荷与无功负荷所占的比例无功分量较大时，说明感性负载比较重，真对电厂是无法通过励磁调节细统调节它的功率因数的，因为无功是一定，这时候就需要增加无功补偿装置，或者要求用电户的功率因数达到0。8以上。




功率因数过高或过低对发电机运行的影响 功率因数过高或过低对发电机运行的影响<<隐藏


功率因数过高或过低对发电机运行的影响 功率因数 cosφ=有功功率/视在功率 当有功负荷一定时,cosφ的高低表现为无功的高低上. cosφ过高即无功过低,减少系统的无功裕量,会影响发电机的稳态稳定性. 虽然提高了经济性,但从长远来看,这是以增加事故的概率换来的,一旦有 突发事故发生,发电机可能经受不起小的扰动或震荡,有可能失步. 此外,无功过低将引起发电机端电压下降,使厂用电动机受影响.电动机吸 取的电流上升,而使电压更低,形成恶性循环,可能导致整个系统失去稳定 运行而崩溃. 发电机进相运行时,端部容易发热. cosφ过低即无功过高,励磁电流上升,转子绕组温度上升,寿命缩短. 此外,增加了电力传输过程中的功率损耗,发电机损耗也增加. cosφ过低使得发电机端电压上升,铁芯内磁通密度增加,损耗也增加,铁芯 温度上升,当发电机在额定负荷下运行时,若此时 cosφ过低,发电机出力 将受限,发电机的效率将大大降低. 所以在平时的运行监视中,运行人员要做到合理分配各机组的有功,无功负 荷,使发电机在安全,经济的条件下运行.





提高功率因数的实际意义一。 提

高功率因数的实际意义 1．
对于电力系统中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其使用寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，这意味着当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*I*cos?中的cos?=1；但是当负载为干性或容性时，cos?<1,发电机就得不到充分利用。为了最大程度利用发电机的容量，就必须提高其功率因数。 2． 对于电力系统中的输电部分，输电线上的损耗：Pl=RI*I，负载吸收的平均功率：P.=V*I*cos? ，因为I=P./V/ cos?，所以Pl=R*P./V/cos?（V是负载端电压的有效值）。 由以上式可以看出，在V和P都不变的情况下，提高功率因数cos?会降低输电线上的功率损耗！ 在实际中，提高功率因数意味着： 1) 提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。 2) 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cos?=0.5时的损耗是cos?=1时的4倍。 3) 能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。 4) 可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。 5) 因发电机的发电容量的限定，故提高cos?也就使发电机能多出有功功率。 在实际用电过程中，提高负载的功率因数是最有效地提高电力资源利用率的方式。 在现今可用资源接近匮乏的情况下，除了尽快开发新能源外，更好利用现有资源是我们解决燃眉之急的唯一办法。而对于目前人类所大量使用和无比依赖的电能使用，功率因数将是重中之重。 二．提高功率因数的几种方法 可分为提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法： 提高自然因数的方法： 1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。 2). 对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。 3). 避免电机或设备空载运行。 4). 合理配置变压器，恰当地选择其容量。 5). 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。 6). 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。 人工补偿法： 实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即：在感性负载上并联电容器。一下为理论解释： 在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。 在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90o，而纯

电容的电流则超前于电压90o，电容中的电流与电感中的电流相差180o，能
相互抵消。 电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。 并联电容器的补偿方法又可分为： 1． 个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。 适合用于低压网络，优点是补尝效果好，缺点是电容器利用率低。 2． 分组补偿。即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。 优点是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。 3． 集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线 上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。 优点:是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。 实际中上述方法可同时使用。对较大容量机组进行就地无功补尝。


小发电与功率因数

江苏省淮阴供电局 阮宏太



【提要】：由于发电机组的无功功率发出多少，直接影响着小水电站的经济效益。本文从三个方面进行了讨论：1．功率因数对发电机出力的影响：2．无功功率与水力发电的经济效益；3．小水电站功率因数的调整。

一、功率因效对发电机出力的影响

发电机铭牌额定功率因数为0．8，即输出有功与无功应按铭牌规定来调节。例如TSWN－85／35－6型75千瓦水力发电机，其有功输出额定值为75千瓦，当功率因数为0．8时，额定无功输出应为56千乏。

由功率三角形可知： cosφ=0．8时，φ=37?

若保持发电机有功输出为额定值不变，则

1．当cosφ’=0．6 φ’＝53?

Q’= UnInsinφ’＝78（千乏）

Q’＞Qn

多输出无功为Q’－Qn=12（千乏）

2．当cosφ”=0．9时φ”＝26?

Q”= UnInsinφ”=41千乏

Q”＜Qn

少输出无功为Qn－Q”=15（千乏）

大电网对并网运行的水电机组在向电网输送有无、功有一定比例要求，并且有其考核办法．其做法是按下式进行计算的：

无功电费=（无功电量－3／4有功电量）×无功电费单价

式中3／4为电网规定，cosφ=0．8时，无功与有功之比为3／4。

其结果若为正值为多发的无功电费，负值

则为少发的无功罚款．无功电费单价视电网而定。


二、无功功率与经济效益

电网对水力发电的无功考核往往是少送要罚款，多送不奖。特殊情况如电网要求多发无功时由双方协议应付给无功电费。

如某县有小水电装机三万千瓦，由于求重视无功管理，在近两年的时间内向电网输送有功电量3800万千瓦小时，但由于少向电网输送无功电量3700万千乏小时，而被电网罚款近40万元，占年利润的30％。因此小水电发电不能只看发出有功多少而不管无功多少。

三、水电站功率因数的调整

小水电发电必须按额定功率因数运行，如果功率因数高于额定值，则说明无功发少了，这时应及时增加转子励磁电流，反之则相反。若由于电网的需要，通过此方法也可多发无功。甚至枯水期只发无功而从电网吸收少量有功，这种运行方式称为调相运行。此时功率因数很低，但只要保持发电机转手和定于电流不超过额定值就行。


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提高功率因数的方法 提高功率因数的意义
提高功率因数的方法
可分为提高自然功率因数和采用人工补尝两种方法：

提高自然因数的方法：

1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。

2). 对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。

3). 避免电机或设备空载运行。

4). 合理配置变压器，恰当地选择其容量。

5). 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

6). 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。

人工补偿法：

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补尝无功，即：在感性负载上并联电容器。一下为理论解释：

在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90o，而纯电容的电流则超前于电压90o，电容中的电流与电感中的电流相差180o，能相互抵消。

电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

并联电容器的补偿方法又可分为：

1． 个别补偿。即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。

适合用于低压网络，优点是补尝效果

好，缺点是电容器利用率低。

2． 分组补偿。即将电容器组分组安装在
车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补尝效果也较理想（比较折中）。

3． 集中补偿。即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线 上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。

优点:是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。

提高功率因数的意义
1． 对于电力系统中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其使用寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，这意味着当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*I*cos?中的cos?=1；但是当负载为干性或容性时，cos?<1,发电机就得不到充分利用。为了最大程度利用发电机的容量，就必须提高其功率因数。

2． 对于电力系统中的输电部分，输电线上的损耗：Pl=RI*I，负载吸收的平均功率：P.=V*I*cos? ，因为I=P./V/ cos?，所以Pl=R*P./V/cos?（V是负载端电压的有效值）。 由以上式可以看出，在V和P都不变的情况下，提高功率因数cos?会降低输电线上的功率损耗！

在实际中，提高功率因数意味着：

1) 提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。

2) 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cos?=0.5时的损耗是cos?=1时的4倍。

3) 能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。

4) 可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。

5) 因发电机的发电容量的限定，故提高cos?也就使发电机能多出有功功率。

在实际用电过程中，提高负载的功率因数是最有效地提高电力资源利用率的方式。

在现今可用资源接近匮乏的情况下，除了尽快开发新能源外，更好利用现有资源是我们解决燃眉之急的唯一办法。而对于目前人类所大量使用和无比依赖的电能使用，功率因数将是重中之重。








有功功率：电力必须提供的电能
无功功率：电力需要提供电能、但不做功。
假如一个100千瓦的变压器，如果负载是电阻性（如：电阻丝），负载最大可以100千瓦。
假如一个100千瓦的变压器

，如果负载是电感性（如：电动机），负载最大可以80千瓦。 回答者： 天津王承谦 | 二级 | 2011-6-5 08:56


提高功率因数的意义：
1。在输出相同的有功功率的情况下，可以减小无功电流，因此可以减小无功电流在线路电阻上产生的功率损耗。
2。可以提高发电机的容量利用率，即如果功率因数提高，同容量的发电机可以输更多的有功功率。
提高功率因数的措施：
1。采用并联电容器补偿。
2。变压器和电机尽量不要轻载。
3。尽可能地采用同步电机。 回答者： 安庆地痞 | 十一级 | 2011-6-5 16:43

提高功率因数的意义
常用电气设备的功率因数除白炽灯、电阻、电热器等接近于1外，其他如电动机、变压器、架空线以及电气仪表的功率因数均小于1。如交流异步电动机，在空载时的功率因数只有0.2～0.3；在轻载时均为0.5；在额定负载时均为0.7～0.89。不带电容器的日光灯的功率因数为0.45～0.6。负载的功率因数低，会引起一些不良后果，主要表现有两个方面：
（1）电力系统和用电企业的设备不能被充分利用。因为电力系统内的发电机和变压器等设备，在正常情况下，不允许长期超过额定电压和额定电流运行。所以当电压和电流都已达到额定值时，功率因数低便造成设备有功功率的输出较少。同样容量的设备，功率因数越低，其输出的有功功率就越少。
（2）引起电力系统电能损耗增大和供电质量降低。对输电和配电线路来说，线路中的损耗与电流大小的平方成正比，当输送同样大小的有功功率P＝IUcosφ时，功率因数cosφ越低，输电线路中的电流I＝P／Ucos φ就越大，而线路的电能损耗是与电流的平方成正比增加的。
另外，当功率因数降低，线路电流增大时，势必造成线路中电压降增大，这将导致线路末端的电压降低。若要满足末端用户电压要求，则线路始端的电压就要升高，从而会使整个线路的供电质量降低。
从以上两方面来看，提高用电功率因数是非常必要的，它不但可以提高电力系统和用电企业设备的利用率，做到在同样发电设备条件下，提高发电能力。而且可以减小电能损耗和提高用电质量，它是节约用电的一项很重要的技术措施。
提高功率因数的主要方法
功率因数低，表示无功功率需求量大，因此，提高功率因数的途径主要是减小电网中总的无功功率。各工矿企业中所需要的由电网供给的无功功率中，异步电动机约占70%，变压器约占10%～15%，其他为架空线路等。
提高功率因数的方法分为提高自然功率因数和无功补偿两种。
当采用降低各用电设备所需的无功功率来提高功率因数

时称为提高自然功率因数；若采用产生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方法，称为无功补偿法。
提高自然
功率因数的办法有：合理配用异步电动机，即避免“大马拉小车”，降低轻载运行电动机的电压；限制异步电动机的空载电流；异步电动机同步运行；合理调整变压器的经济运行，消除变压器的空载现象等。
无功补偿是指在用电负荷处，装设一些能供给无功功率的设备，如并联电容器或并联同步补偿机（相当于容性负载），就地供给无功功率，以减小线路中的无功功率。由于并联电容器较同步补偿机经济，且有损耗少，维护运行方便，故障容易检查等优点，所以在电力网及工厂中得到广泛应用。
工矿企业电网中的负载大多数是电感性负载。电感性负载的功率因数之所以很低，是由于电感性负载本身需要向电网索取一定的无功功率来建立交变磁场，这就导致整个电网功率因数的降低。但并联电容器后，电感负载需要的无功功率就有一部分从电容器获得补偿，即电感负载所需的磁场能量不再全部由电源供给。这就减少了电源供给的无功功率，从而提高了功率因数。
补偿电容器容量计算
提高功率因数所需补偿电容器的无功功率的容量QK，可根据负载有功功率的大小，负载原有的功率因数cosφ1及提高后的功率因数cosφ来决定，其计算方法如下：
设有功功率为P，无电容器补偿时的功率因数cosφ1，则由功率三角形可知，无电容器补偿时的感性无功功率为：
Q1＝Ptgφ1
并联电容器后，电路的功率因数提高到cosφ，并联电容器后的无功功率为：
Q＝Ptgφ
由电容器补偿的无功功率QK显然应等于负载并联电容器前后的无功功率的改变，即：
QK＝Q1－Q＝Ptgφ1－Ptgφ
＝P（tgφ1－tgφ） （式1）
其中：
tgφ1＝sinφ1／cosφ1＝√1－cos2φ1／cosφ1
tgφ＝sinφ／cosφ＝√1－cos2φ／cosφ
根据（式1）就可以算出要补偿的电容器容量，将：
QK＝U2／XC＝U2／1－ωc＝U2ωc
代入（式1），有
U2ωc＝P（tgφ1－tgφ）
C＝P／ωU 2（tgφ1－tgφ） （式2）
为提高三相对称交流电路的功率因数，可在三相电路中按“△”或“Y”接入电容器 回答者： 沧海飞逸 | 二级 | 2011-6-10 13:22

并联一个电容器 提高电源电压 回答者： 6号de詹姆斯 | 二级 | 2