功率因数低的影响及补偿方式

前言

在现代用电企业中，有数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需提供大量的无功功率。

系统中各种无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则会产生一系列的影响，对系统和用户设备的安全运行及使用寿命造成很大危害。

功率因数是无功功率与视在功率的比值，当无功功率不足时，直接导致功率因数偏低。

1功率因数偏低所带来的不良影响

如果企业自然平均功率因数在～之间，企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,当功率因数从～提高到时，有功损耗将降低20%～45%，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。

功率因数的偏低不仅是系统中的无功功率消耗过大，还会产生其他的危害：1．网络的损耗大

补偿前后线路传送的视在功率不变，较低的功率因数增加了变压器及有关电气设备网络内部的电能损耗，直接增加用电费用的支出。

2．网络输送容量低

在变压器容量一定的情况下，如果功率因数低，则系统传送的有功功率也低，从而无法使设备的效率得到充分的利用，直接为企业创造经济效益。

3．用户侧电压偏移

当功率因数偏低时，设备的电压变化大，无功损耗也大，设备老化加速，容易造成设备使用寿命缩短，影响设备运行，使安全问题增加和设备的原有设计寿命大打折扣。由于设备维护及因设备故障而造成停产会给企业造成严重的经济损。

4．加收力率电费（罚款）

我国供用电规则规定，工业用户和装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数应达到以上；凡是功率因数达不到上述规定的用户，电业部门对其加收一部分电费——力率电费（罚款）。具体按照《功率因数调整电费办法》执行。

2 提高功率因数意义

在实际工作中，提高功率因数意味着：

1) 提高用电质量，减少电力线路的电压损失，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?=时的损耗是cos?=1时的4倍。

3) 由于减少了电网无功功率的输入，降低系统的能耗，从而能提高企业用电设备的利用率，进一步充分发挥企业的设备潜力，给用电企业带来效益。

4) 可减少线路的功率损失及输送同容量有功的电流，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，即减少有功损失，又使线路及变电设备的容量降低。

因此在实际用电过程中，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。

3 常见的补偿方式

通过人工补偿提高功率因数，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。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。（并不是经补偿后的功率因数越高越好，因为补偿装置消耗有功发出无功，随着补偿容量的增加，其有功损耗也增加，初投资增大。）按分类方式不同，常见的补偿方式有以下几种：

1．集中补偿、分散补偿；就地补偿。

就地补偿：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。

分散补偿：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，也就是在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①简单可靠。因为只要在用电设备上并联一台合适的专用电容器就可以，不需要外加其它保护装置；②能提高低压电网的功率因数，降低了线损，无功补偿效果显着；③具有较好的经济效益；④提高了低压线路的功率因数，减少线路末端电压波动。缺点是对减少变压器铜损效果不太理想。就目前来讲，该种补偿方法是综合效果比较折中的一种补偿方式。

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，并可以根据负荷情况自动调节总无功量，对减少变压器铜损效果显着，缺点:不能减少用户内部配电网络的无功负荷。对负荷配电线路没有任何效果。

2．统一补偿、分相补偿：

统一补偿：三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统。因三相回路平衡，回路中无功电流相同，所以在补偿时，调节无功功率参数的信号取自三相中的任意一相，三相同时投切可保证三相电压的质量。三相电容自动补偿适用于电动机及其它三相对称负荷的情况

分相补偿：当大量使用单相负荷，照明、空调等负载时，由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是照明系统中三相不平衡更为严重。如果调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，那么将会造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造

成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。

对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。在以单相负荷为主的低压供配电系统中，无功功率的补偿应采用分相补偿的方法。

3．动态补偿、静态补偿：

由于系统运行情况是在不断变化的，所需要的无功功率也是在不断变化，所以应采用动态补偿较为合理。

对于装于就地的分散补偿，由于补偿装置随用电设备同时投切，当负载较恒定时，出于简单经济的考虑，可以采用静态补偿的办法进行。一旦系统的用电负荷有波动或负载出现轻微变化，装置将无法满足系统的要求。

4．智能线性自动补偿、阶跃自动补偿

智能线性自动补偿是近年来发展起来的电气技术，他是根据电动机cosφ、

用可控硅技术自动的、线性的调节电器设备无功补偿无功功率Q和无功电流I

q

量，使其始终工作在高效经济状态。

阶跃自动补偿电气技术是根据电器设备无功补偿量，通过交流接触器投切电容器组实现无功补偿。

4我们的产品

我公司产品是以晶闸管作为执行元件，用工业微电脑进行控制，通过跟踪检测负荷的无功电流和无功功率，对多级电容器组进行分相投切的动态无功补偿装置，它具有补偿效果快速、准确、安全、洁净及易于控制的特点。此外，对高端用户还可采用分相补偿，可以对不平衡的无功功率进行完全补偿，这是以往的补偿装置难以胜任的。另外，由于采用先进的控制技术，完全克服了电容器投入时的过渡过程，即完全消除合闸涌流。采用微机保护等手段极大的增加了产品的可靠性，使本产品能够安全的运行在各种恶劣的工况下。同时针对变压器的运行情况，我们产品同时还具备电能参数测试纪录功能，纪录间隔在1-10分钟，最大可保存时间192天，纪录内容包括三相电压、三相电流，三相有功、三相无功、三相功率因数、电容投切时间、组数、停电时间、三相用电量等，并通过无线方式进行数据通信。

采用电容器预充电技术，结合微电脑、专用测相芯片等技术手段，使本产品完全消除了电容投切时的涌流现象。同时独有的软件技术能够保证产品在长期的恶劣工作环境下稳定可靠。

用晶闸管等半导体材料作为开关元件，其响应时间非常短（微秒级），同时微电脑的巡测也能做到真正动态响应，使本产品的电容投切可以不计顺序、不计延时的快速响应，非常适合对快速变化的负荷进行动态补偿。

通过强大的运算能力，能够同时对各种电能参数进行协调考虑，能完善的判别电容补偿的大小和组别。判别依据：功率因数+无功功率+无功电流+电压（供电安全优先），专用的高速电能芯片，使采样精度达到电压级；电流级；有功功率级；无功功率级；功率因数级。