电力系统功率因数的提高

电力系统功率因数的提高方式

———贵州航天精工股份有限公司吴敏强

摘要：在供配电系统中，绝大多数负荷都是感性负荷。从电网中吸收无功功率，降低功率因数。功率因数低使供配电系统电能损耗增加、电压损失增大和供电设备利用率降低。因此，必须提高功率因数，功率因数提高方式分为自然提高方式和人工补偿方式，自然提高功率因数有：合理选择电动机规格和型号、避免电机空载运行、合理选择变压器型号及容量、大功率晶闸管取代交流接触器；人工补偿方式有：同步电动机补偿、动态无功功率补偿、并联电容器补偿。

关键词：功率因数动态无功功率补偿并联电容器补偿

电力系统中大多数用户都是从电网吸收无功功率，因负荷呈感性：如感应电动机、电力变压器、电焊机及变流接触器等，从而降低了系统中的功率因数。而功率因数是供配电系统经济运行的一个衡量标准。因此，功率因数的提高关系到供配电系统运行的经济性。众所周知，功率因数

cosφ=P/(P2+Q2)1/2=P/S

式中P为有功功率，Q为无功功率，S为视在功率。当S一定时，cosφ越小，P就越小。所以，当变压器容量一定时，功率因数越低，输出的有功功率就越小。功率因数低影响会变压器的出力，还有感应电动机，输出功率都会因功率因数低而受很大的影响。

电网中功率因数低还会降低系统电压，线路的电压损失可表示为：

ΔU= （PR+QX）/U N

式中P、Q为线路末端负荷的有功功率和无功功率，R、X为线路的电阻和电抗，U N为线路上的额定电压。当线路上的额定电压U N一定时，线路的电流R+JX一定，负荷的有功功率为定值时，cosφ越小，Q值越大，线损ΔU就越大。所以，负荷处的线路电压降低，线路损失增大。因此，功率因数的提高具有很大的必要性。

提高功率因数的方法分为自然提高法和人工补偿法。自然提高功率因数是指在不增加任何装置设备的情况下，采用科学的措施减少用电设备的无功损耗，使供配电系统的总功率因数提高：

（1）合理选择变压器的容量和型号

变压器在选择时，要注意当前主流是节能型变压器，也就是低损耗型变压器，如S9系列或S10系列。高损耗变压器已经被淘汰，而对于电网电压波动较大的系统，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器，如SZ7、SFSZ等系列。

变压器一般在空载时功率因数偏低，而过载时自身损耗会增加，考虑到变压器的经济运行，其容量的60%～70%为符合负载的负荷容量,即:

S

N =(0.6～0.7)S

C

。

(2)合理选择电动机的规格和型号

首先考虑的是大的范围,电动机的类型较多,其中鼠笼型电动机的功率因数比绕线式电动机的功率因数要高；还有工作制式的选择，避免大马拉小车现象，电动机的容量选择也非常重要，异步电动机的功率因数和效率在70%至满载时较高，而在轻载或空载运行时的功率因数和效率都较低。因而在选择电动机容量时，一般选择电动机的额定容量为拖动负载的1.3倍左右。

（3）交流接触器的改造

用户中设备的电气控制及系统运行电器控制中存在着大量的电磁控制开关，即交流接触器。其线圈呈感性，可使系统功率因数降低。可用大功率晶闸管取代交流接触器或改为直流运行，以减少电网的无功功率负担。

人工补偿功率因数是指在供配电系统中增添一些专用设备装置，对这些设备装置进行控制，使其发出或吸收无功功率，从而降低系统中的无功损耗，以达到提高功率因数的目的：

⑴同步电动机补偿

在满足生产工艺的要求下，选用同步电动机，通过改变励磁电流来调节和改善供配电系统的功率因数。过去由于同步电动机的励磁装置是同轴的直流电动机，其价格高，维修麻烦，现在随着半导体变流技术的发展，励磁装置比较成熟，因此，采用同步电动机补偿是一种经济实用的方法。

⑵动态无功功率补偿

在现代工业生产中，大的冲击性负荷很多（如炼钢电炉、轧钢机、大型压机等），它们使电网电压严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置动作响应太慢，不能满足其要求。因此，必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置，如晶闸管开关快速切换电容器，还有晶闸管励磁的快速响应式同步补偿机。

快速响应式同步补偿机是利用同步调相机做无功电源，是传统的无功功率动态补偿装置，它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的容性或感应无功功率。这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性。但造价高，投资大，损耗也较高，每千瓦无功功率的损耗约为 1.8%～5.5%，运行维护技术复杂，而且由于控制复杂造成响应速度慢，在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求。

⑶电容器补偿

电容器补偿有串联和并联之分，由于并联电容器比串联时功率因数提高的多，所以一般采用并联电容器。并联电容器补偿又分固定补偿和自动补偿，按接线安装地点不同又分高压集中补偿、低压集中补偿和就地补偿。

固定补偿在变电站6～10KV高压母线上进行，即电容器不随负荷的变化而进行投入或切除控制，补偿电容器容量按下式计算：Q C C =P a v [tanφa v1- tanφa v2]

式中Q

C C 为补偿容量，P

a v

为平均有功负荷，P

a v

= K

a L

P

C

或Wa/t，P

C

为有

功计算负荷，K

a L 为有功负荷系数，W

a

为时间t内消耗的电能，

tanφ

a v1为补偿前平均功率因数角的正切值，tanφ

a v2

为补偿后平均功

率因数角的正切值，（tanφ

a v1- tanφ

a v2

）称为补偿率，可用Δq

c

表示,

该补偿只能补偿总降压变电所6～10KV母线之前的供配电系统中无

功功率产生的影响,而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿,因此补偿范围最小。但由于装设集中，运行条件较好，