功率因数低对供电企业的影响

功率因数低对供电企业的影响

刘红

（辽宁省喀左县计量所辽宁喀左 122300）

正弦交流电路中，交流电压与电流之间夹角的余弦叫交流电路的功率因数。从数值上，功率因数COSφ=P/S，即电网消耗有功功率与发电机发出的视在功率的比值，是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分数。用户功率因数的高低，对于电力系统中发、供、用电设备能否实现充分利用，有着非常重要的意义。因此，在电力系统中，充分提高功率因数，是电力工业中一个关键的研究内容。

一、低功率因数对电力系统的危害

1、增加输电线路的电能损失；

当负载的功率因数小于1时，即电流与电压有相位差时，电流可分为两个分量，一个是与电压同相位的有功分量，另一个是与电压成90o相位差的无功分量。

由于有功能量的传输是通过有功电流来实现的；而电源与负载之间交换的能量是由无功电流来实现的，当电压和有功功率一定时在不同的功率因数cosφ下电流的有功分量是不变的，而无功分量是随功率因数的变化而变化的，功率因数越低，则能量交换规模越大。

当负载从电源接受的有功功率不变的情况下，输电线路的负载电流与负载功率因数的大小成反比，在输电线路线路参数不变的情况下，线路的总阻抗不变，而线路的功率损失又与负载电流的平方成正比，因此，输电线路上的电能损失也就同负载功率因数的平方成反比，既负载功率因数越小，线路的功率损失越大。

2、使电源设备不能充分利用；

发电机、变压器的额定容量，是根据额定电压和额定电流设计的。额定电压和额定电流和乘积。它代表电机的额定容量在数值上等于允许发出的最大平均功率。

当负载的功率因数小于1时，而发电机的电压和电流又不允许超过额定值，显然，这时发电机所能发出的有功功率较小，而无功功率则较大。无功功率愈大，电路与电源之间能量交换的规模愈大，发电机不能充分利用。同时，与发电机配套的原动机及变压器等也不能充分利用。例如，容量为1000kVA的发电机，如果cosφ=1时，能发出1000kW的有功功率，而在cosφ= 0.7时，则只能发出700kw的有功功率。

3、使线路电压降增大，降低电能质量；

当功率因数越低，输电线上输送的电流就越大，在线路上产生的电压降也就越大，电能质量降低，满足不了用户对电能质量的要求。为了提高电压，在电力系统中必须装设调压设备，如带电负荷调压器等。

4、增加用户的电费支出；

从用户的角度，供用电规则规定，变压器容量在100kVA及以上的电力用户将执行功率因数调整电费。用户的负载功率因数越低，供电部门收取的功率因数调整电费越多，这样就大大的增加了用户的电费支出，从而增加了用户产品的生产成本。

二、影响功率因数的因素分析

由于在交流电气设备除了阻抗元件之外，还有较多的电感或电容元件。因此在实际工作过程中，除了有功功率之外，电感元件或电容元件将将与电源在不断的进行周期性的能量交换，电感或电容元件与电路交换的能量规模就是电气设备的无功功率。影响功率因素的主要因素有：

1、电力变压器和异步电动机是影响功率因数的主要设备。电力变压器中由于存在的部分元器件会产生较大的空载功率。异步电动机由于定子和转子间存在气隙，是异步电动机需要无功功率的原因所在。因此，为了提高电力企业和用电单位的功率因数，要克服电力变压器和异步电动机所带来的影响，尽量使得变压器和电动机不要处于空载或低负载状态运行，同时尽量提高电动机的负载率。

2、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。全国供用电规则明确规定，35千伏及以上高压输电线路电压波动应在其额定电压的±10%，380伏-10千伏输电线路电压波动应在其额定电压的±7%，用电设备的额定电压一般都低于10千伏，当供电电压高于额定值的10%时，会导致磁路进一步饱和，使得无功功率迅速增长。据统计分析，当供电电压超过额定电压10%时，用电单位的无功功率会大约增加35%。而当供电电压低于额定电压时，无功功率则会下降，同时使得功率因数会得到提高。然而，供电电压过低会使得电气设备难以正常工作，因此，应采用一定措施确保电力系统的供电电压保持稳定，只有这样，才能尽可能提高功率因数，同时保障电气设备的正常运行。

3、电网频率的波动也是影响功率因数的重要原因。频率波动会影响电网中容性阻抗或感性阻抗的阻值，因此，会对异步电动机和变压器的无功功率产生影响。因此，我们不仅要使得供电电压的幅值保持稳定，其频率也应保持稳定，以确保功率因数的稳定，在确保用电企业安全生产的同时达到节能降耗的目标。

三、低压网无功补偿的方法

一般主要采用随机补偿、随器补偿和跟踪补偿三种方法来实现低压无功补偿。

1、随机补偿。随机补偿是指将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制农网无功峰荷。

2、随器补偿。随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。

3、跟踪补偿。跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

四、功率因数的人工补偿

功率因数是确保电网安全安全运行的重要指标，也是反应各项电器设备使用情况和电能利用程度的关键参数。电力企业输电线路到达各类企事业单位后，还应对功率因数进行提高。工厂自身依然还需进行人工补偿，以便进一步提高功率因数。对用电设备进行人工补偿的方式有：

1、静电电容器补偿。当企业感性负载比较多时，它们从供电系统吸取的无功是滞后（负值）功率，如果用一组电容器和感性负载并联，电容需要的无功功率是引前（正值）功率，如果电容C选得合适，令QC+QL=0，这时企业已不需向供电系统吸取无功功率，功率因数为1，达到最佳值。

2、动态无功功率补偿。动态无功功率补偿一般应用于用电容量大、生产过程其负载急剧变化且具有重复冲击性的大型钢铁企业。这种波动频繁、急剧、幅值很大的动态无功功率，采用调相机或固定电容器进行补偿已远远满足不了要求，目前一般采用的新型动态无功功率补偿设备是静止无功补偿器。它具有稳定系统电压、改善电网运行性能、动态补偿反应迅速、调节性能优越等优点。但最明显的缺点是投资大、设备体积大、占地面积大。

五、小结

功率因数低对广大发、供、用电企业的危害是非常巨大的，不仅影响各类电气设别的使用寿命，还造成巨大的电能浪费。所以我们要尽可能的提高功率因数，为我们的企业带来更大的经济效益和社会效益。