提高电网功率因数改善电能质量

提高电网功率因数改善电能质量

车亚昭林建平

通化钢铁能源处通化 134003

[摘要]：随着工业的发展，电能成为现代工业的主要能源，电能质量的好坏，直接影响到工业设备的运行及企业的经济效益、社会效益等，为用户提供安全、可靠、稳定、高效的电能是十分重要的。本文介绍了功率因数与无功功率、输配电线路、变压器的关系，结合5#汽轮发电机及35kV升压站实际运行情况，讨论了影响电力系统功率因数的几个重要因素，提出改进措施。

[关键词]：电网；功率因数；改进措施

[前言]：在电力系统的运行过程中，通常用功率因数来衡量，电网运行的效率，功率因数的大小，反映了电网系统中电源输出的视在功率中有功功率的有效利用程度，为了提高电网系统中电能输送质量，希望功率因数越大越好，往往忽视了无功功率在电网是的重要作用。对广大厂矿企业来说，功率因数的高低是关系到电能质量和电网安全、经济运行的一个重要问题，应予以充分重视。通过合理配置无功功率补偿设备，以提高系统的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的。

我厂35kV升压站有一台40000kVA变压器，一台20000kVA变压器，10kV一段带30MW汽轮发电机，二段带18MW TRT发电机，自投运以来，功率因数通过励磁自动调节装置及手动调整无功，使功率因数始终保持在0.92-0.95。

无功功率从何而来？显然，发电机提供的无功功率相对负荷和网络对无功功率的需求来说只是“杯水车薪”，仅仅依靠发电机提供无功功率也是极不经济的。无功功率最主要的来源是利用各种无功功率

补偿（以下简称无功补偿）设备在电力系统的各个环节进行无功补偿。因此，无功补偿是电力系统的重要组成部分，它是保证电能质量和实现电力系统经济运行的基本手段。

一、功率因数与无功功率的关系

1.功率因数反映的是用电设备消耗一定有功功率与视在功率的关系，用cosφ表示为： cosφ=p/s (1)

用电设备消耗一定的有功功率时需要的无功功率可表示为：

q=s×sinφ (2)

由(1)、(2)可得q=p×tgφ

所以功率因数由cosφ1提高到cosφ2时，需增加的无功补偿容量可表示为：

qc=p(tgφ1- tgφ2)

式中p--用电设备消耗的有功功率，kw

q--用电设备在一定功率因数时需要的无功功率，kvar

qc--功率因数由cosφ1提高到cosφ2时需增加的无功补偿容量，kvar

φ1、φ2--补偿前后的功率因数角

由此可以看出，为了提高功率因数，必须增加无功功率补偿设备以减少无功功率。由于静电电容器具有重量轻，安装方便，投资少，故障范围小，有功功率损耗小，易于维护，能实现自动投切控制等优点。所以，安装静电电容器提高功率因数的方法目前在供用电系统中得到广泛的应用。

2.输配电线路的有功功率损耗与功率因数的关系

由于线路使用的导线存在着电阻，电流通过线路时，线路自身要产生有功功率损耗，其有功功率损耗又与电流平方成正比，线路在输送一定的有功功率时，线路的电流又与功率因数成正比。所以，线路在输送一定的有功功率时，线路自身产生的有功功率损耗与功率因数的平方成反比，提高功率因数就能降低线路的有功功率损耗，由于输送一定负荷时线路的有功功率损耗可以用下式表示：

提高功率因数前后线路的有功功率损耗可以分别表示为：

式中δp--线路的有功功率损耗，kw

i--线路输送的电流，a

δp1、δp2--提高功率因数前后线路的有功功率损耗，kw

cosφ1、cosφ2--线路增加无功补偿前后功率因数

p--线路输送的有功功率，kw

r--线路的电阻，ω

u--线路的额定电压，kv

根据式(6)、(7)可知：功率因数提高后线路有功功率损耗下降的百分数可以表示为 :

3.变压器的有功功率损耗与功率因数的关系

3.1 变压器的铜损耗与功率因数的关系

变压器在运行中，输出一定的有功功率时，其铜损耗与变压器所带负荷视在功率的平方成正比，而视在功率又与变压器的功率因数成反比，即可表示为：

提高功率因数前后变压器的铜损耗可表示为：

式中s--变压器输出视在功率，kva

s1、s2--提高功率因数前后变压器的视在功率，kva

p--变压器输出的一定有功功率，kw

pk--变压器铭牌额定铜损耗，kw

pt1、pt2--变压器在提高功率因数前后的铜损耗，kw

se--变压器的额定容量，kva

cosφ1、cosφ2--功率因数提高前后值

所以，提高功率因数前后的变压器实际的铜损耗下降百分数可以表示为：

3.2 变压器需用容量与功率因数的关系

由于变压器在输出一定有功功率时，其需用容量(视在功率)与变压器的功率因数成反比，所以当变压器输出一定有功功率时，功率因数提高就能减少变压器的需用容量，从而提高变压器的供电能力。根据式(8)可知提高功率因数后减少变压器的使用容量ΔS可表示为：

二、影响功率因数的主要原因及对策

1、异步电动机对功率因数的影响

异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素,而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。因此，在选择异步电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电器指标，合理选择异步电动机的型号、规格和容量，使其处于经济运行状态，若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率都显著恶化。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确的合理的选择电动机的容量。其次，要提高异步电动机的检修质量，因为异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动时对异步电动机无功功率的大小有很大的影响。

2、电力变压器对功率因数的影响

电力变压器的无功功率消耗，是由于变压器的变压过程是由电磁感应来完成的，是由无功功率建立和维持磁场进行能量转换的。没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功损耗，避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。

3、整流装置对功率因数的影响

单就整流系统而言，其功率因数可达到0.95，但是由于整流系