提高功率因数 降低电能损耗

提高功率因数,降低电能损耗

摘要论述了功率因数与线损的关系，介绍了提高功率因数后计算降损效益和提高功率因数的方法，以及并联无功补偿电容器补偿电容量的计算方法。

关键词功率因数补偿电容器降低能耗

1 引言

在电力系统中，电力用户由于大量采用感应电动机和其它电感性用电设备，除吸收系统的有功功率作功外，还需要电力系统供给大量无功功率。这些无功功率经过多级送电线路、变压器的输送和转换，又造成无功功率的损失，使电网功率因数下降。这不但降低了发供电设备的出力，造成电网电压的波动，也增大了电能损耗，因此，在电力用户中，提高功率因数，减少无功电力消耗，对节能降耗具有十分重要的意义。

2 功率因数与线损的关系

功率因数是指有功功率与视在功率之比：

cosφ=P/S

(1)

功率因数的大小，是随负荷的性质和有功功率在视在功率中所占的比例决定的。在感性负荷的电路中，功率因数在0与1之间变化，即0＜cosφ＜1。如果用户负荷所需的无功功率(包括变压器的无功功率损耗)都能就地补偿，就地供应，供电可变损失就可以大为降低，电压质量也相应得到改善。用户装设了并联电容器，负荷功率因数从

cosφ1提高到cosφ2，当输送的有功功率和电压不变时，供电线路和变压器的损耗有所降低，其降低的百分数ΔP可用下式计算

(2)

供电线路有功功率损耗减少的数值为ΔP L

(3)

变压器铜耗减少值为ΔP cu

(4) 式中P——输送有功功率，kW；

U——线路电压，kV;

R——线路电阻，Ω；

ΔP cur——变压器额定铜损，kW；

S1——变压器运行负荷，kVA；

S r——变压器额定容量，kVA。

电力用户安装了容量为Q B的无功补偿设备后，在投运时间t内所节约的有功功率损耗电量ΔW可近似地按下式计算。

ΔW=KQ B t

(5) 式中K——无功功率经济当量，W/var。

如果计算K值有困难，可参照表1所列数字进行计算。

可按(2)式计算成如表2的关系。由表中可以看出，功率因数的提高对降低线损的效益是很明显的。例如，当功率因数从0.8提高到0.95，有功功率损耗降低可达29%。即使从0.9提高到0.95，有功功率损耗也降低10%。

表1 无功功率的经济当量

变压器安装地点的特征K(/W.var-1) 最大

负载时最小

负载时直接由发电厂母线供电的变压器0.020.02 由发电厂供电(发电机电压)的线路变压器0.070.04 由区域线路供电的35～110 kV降压变压器0.100.06 由区域线路供电的降压变压器0.050.03

表2 提高功率因数与降低线损的关系

cosφ由右边数值

提高到0.950.60.650.70.750.80.850.9 线损降低的百分数

/%60534638292010

另外，提高功率因数还能提高线路或设备输送有功功率的能力，从而可减小发供电设备的装机容量和投资；并能提高线路电压，改善电能质量。对用户来说，由于供电部门对用户实行按功率因数调整电费的办法，当功率因数高于其规定标准的，电业部门给予奖励，减收电费；低于规定标准的予以罚款，加收电费。所以提高功率因数可减少企业电费开支，降低产品成本。

3 提高功率因数的方法

提高功率因数最常用的方法就是在需要无功的用电或供电设备

上并联无功补偿电容器，这样，上述设备所需要的无功功率，便可由并联电容器供给。

由原来的功率因数补偿到所需要的功率因数，需要并联的电容器容量可用下式计算：

(6) 式中Q——应补偿的无功功率，kvar；

P——最大负荷月的平均有功负荷，kW；

cosφ1——补偿前的功率因数；

cosφ2——补偿后的功率因数。

在实际应用中，可根据事先计算好的表格查出所需补偿的无功容量(表略)。

人工补偿无功功率的方法，除采用并联电容器外，在电力部门还有用同步调相机补偿的。由于同步调相机投资高，有功功率损耗大(比电容器大5～10倍)，运行、维护管理都较复杂，工矿企业很少采用。但用户使用的绕线式异步电动机可以同步化运行(即将绕线式异步电动机的转子绕组通入直流励磁电流，实现同步运行)，提高用户的功率因数，特别是大功率容量的电动机实现同步运行经济效果更好。但异步电动机同步化也有其不足之处，如在重负载情况下(负载超过60%～80%时)，牵入同步较困难，同时容易失步；操作过程较为复杂，宜用于起停少的负载；同时需要增加一套整流装置，增加了维修工作量。用户要避免“大马拉小车”(即大电动机拖动小负载工作)，因此

“大马拉小车”会导致负荷的功率因数下降，增加了耗电量。运行电动机的负荷一般要求达到额定容量的70%以上，运行才是经济的。

当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”；另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。

所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率。由此可以知道：变压器的铁损与变压器的一次电压有关，与二次负荷无关，就是说：只要变压器一次有电压就一定有铁损产生。电压一定，铁损就是一定的，铜损则不同，它的大小主要取决负荷电流的大小。