功率因数及改善功率因数在电力系统中的实际意义

功率因数及改善功率因数在电力系统中的实际意义
Power factor definition.The main factor of influence power factor.Improving load factor.Improve the power factor.
徐应飞 5060309300 F0603007

引言：功率因数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。在电力
网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将
大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、
供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发
挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的
工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业、特别是对现阶段全国性的
一些改造后的农村电网来说，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压
力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及
经济效益都会是非常显著的。

因此，我从功率因数的定义、影响功率因数的主要因素、改善功率因数的主要方法等方
面进行了初略的探讨。随后结合改善功率因数在配电系统中的效率进一步说明提高功率因数
的实际意义。
一、功率因数的定义

在电力系统中，电动机及其它带有线圈（绕组）的设备很多，这类设备除了从电源取得
一部分电功率作有功用外，还将耗用一部分电功率用来建立线圈磁场。这就额外地加在了电
源的负坦，功率因数cos.(也称力率）就是反映总电功率中有功功率所占的比例大小。

理论公式上，有功功率表达式中的 P=U*I*cos.中的cos.为功率因数，功率因数小于或
等于1，功率因数的大小说明电源被利用程度，它的高低决定月电路端电压和电流之间的相
位差。cos. 小于1 电路中就发生能量互换出现无功功率 Q=UIsin.。

所以在计算过程中，可通过 cos.=P/S，tg.=P/Q（其中： P称为有功功率（ KW），Q
称无功功率（ Kvar)，S=U*I称为视在功率（ KVA)），在实际中，可用电量值代替相应的功
率。

二、影响功率因数的主要因素

首先我们来了解功率因数产生的主要原因。功率因数的产生主要是因为交流用电设备
在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率 P一定时，如减少无
功功率 Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当 Q=0时，则其力率 =1。因此提高功
率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

1. 异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备
异步电动机的定子与转子

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。
变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善
电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

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
当供电电压高于额定值的 10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据
有关资料统计，当供电电压为额定值的 110%时，一般工厂的无功将增加 35%左右。当供电
电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会
影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

3. 电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响

上海交通大学基本电路理论课程教学小论文（2007－2008第一学期）

三、提高负载因数的几种方法
我们知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、

能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到

降损节能的效果。


1.低压网无功补偿的一般方法
低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补
偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。
1-1.随机补偿
随机补偿就是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。


随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿
设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置
方便灵活，维护简单、事故率低等。


1-2. 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。
随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农
网无功基荷，使该部

分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有
较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。


1-3. 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。


跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命
相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这
三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。


2.采取适当措施，设法提高系统自然功率因数
提高自然功率因数是在不添置任何补偿设备，采用降低各用电设备所需的无功
功率减少负载取用无功来提高工矿企业功率因数的方法，它不需要增加投资，是昀
经济的提高功率因数的方法。下面将对提高自然功率因数的措施作一些简要的介绍。


2-1. 合理使用电动机

合理选用电动机的型号、规格和容量，使其接近满载运行。在选择电动机时，
既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电器指标。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。


2-2.
提高异步电动机的检修质量
实验表明，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。
2-3. 采用同步电动机或异步电动机同步运行提高功率因数



上海交通大学基本电路理论课程教学小论文（2007－2008第一学期）

由电机原理知道，同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的
大小，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸
取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，只要调节电机的
励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少
电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。异步电动机同
步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步
电动机运行，这就是“异步电动机同步化”。因而只要调节电机的直流励磁电流，使
其呈过激状态，即能向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。


2-4. 合理选择配变容量，改善配变的运行方式

对负载率比较低的配变，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率

提
高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
通过以上一些提高加权平均功率因数和自然功率因数的叙述，或许我们已经对“功
率因数”这个简单的电力术语有了更深的了解和认识。知道了功率因数的提高对电
力企业的深远影响，下面我们将简单介绍对用电设备进行人工补偿的方式和对补偿
容量的确定方法。


3.功率因数的人工补偿
功率因数是工厂电器设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标，也是保
证电网安全、经济运行的一项主要指标。供电企业仅仅依靠提高自然功率因数的办
法已经不能满足工厂对功率因数的要求，工厂自身还需装设补偿装置，对功率因数
进行人工补偿。对用电设备进行人工补偿的方式有：


3-1. 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。


3-2. 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。


四、[实例]：改善功率因数在配电系统中的效率

从经济观点，由电源（发电机）供给无效电力甚为不利，所以在靠近负载的地方装置电

容器，供给无效电力是最经济而有效的方法，在配电系统里，几乎都使用电力电容器来供给

负载所需之无效电力，称之为改善功率因数，其效率如下：
（一）减少电力损失：一般工厂动力配线的电力损失约
2.5%~7.5%，当提高功率后，总电
压降低，可减少电力损失，亦相对可增加供电能力。减少电力之损失＝原来损失量
×【1－（原有功率因数/改善后功率因数）２】
（二）改善供电品质：提高功率因数可减少负载总电流及电压降，加装电容器后减少电压降
值=（未装前线路电流-加装后线路电流）×线路电阻。变压器的二次侧于装设电容器


上海交通大学基本电路理论课程教学小论文（2007－2008第一学期）

后，可改善功率因数提高二次测电压。 Vc%＝电容器容量（
KVAR）/变压器容量
（KVA）×变压器电抗（
%）

Vc＝加装电容器后升高之电压

（三）增长设备之寿命：改善功率因数后线路总电流减少，使以达到饱和之变压器、开关等
机器设备和线路容量，因此可减少温升，增加使用寿命。

（四）节省电费：电力公司为鼓励用户提高功率因数，在电价表中订有功率因数折扣，电力
用户每月用电的功率因数以百分之八十为基准，每低一个百分点，该月份电费加收千
分之
3；每超过一个百分点，该月电费减收千分之
1.5。每月的平均功率因数则以
该月份的有效电度
(kWh)及无效电度(kVARh)计算之。平均功因＝
√ (kWh) 2(
kVARh) 2×100%

功率因

数
无效电
力
电费
调整
率
功率因

数
无效电
力
电费
调整
率
功率因

数
无效电
力
电费
调整率
有效电
力
有效电
力
有效电
力
70 1.03454 +30 85 0.63285 -7.5 100 0.10037 -30.0
69 1.06356 +33 84 0.65898 -6.0 99 0.17518 -28.5
68 1.09306 +36 83 0.68500 -4.5 98 0.22790 -27.0
67 1.12307 +39 82 0.71099 -3.0 97 0.27176 -25.5
66 1.15363 +42 81 0.73698 -1.5 96 0.31058 -24.0
65 1.18477 +45 80 0.76303 -0 95 0.34610 -22.5
64 1.21655 +48 79 0.78916 +3 94 0.37930 -21.0
63 1.24899 +51 78 0.81543 +6 93 0.41077 -19.5
62 1.28215 +54 77 0.84186 +9 92 0.44093 -18.0
61 1.31607 +57 76 0.86850+12 91 0.47006 -16.5
60 1.35079 +60 75 0.89538 +15 90 0.49839 -15.0
59 1.38638 +63 74 0.92254 +18 89 0.52609 -13.5
58 1.42287 +66 73 0.94999 +21 88 0.55328 -12.0
57 1.46033 +69 72 0.97779 +24 87 0.58008 -10.5
56 1.49882 +72 71 1.00596 +27 86 0.60658 -9.0

※上表依电力公司电价表所规定。
五、小结

本文从功率因数的定义开始，讨论了影响功率因数的因素，并结合实例介绍了提高功率
因数在电力系统中的实际意义。


[附]

在本文的写作过程中，我参考了往年同学的论文，并查阅了相关资料和相关网站。通过
本次小论文的写作，使即将成为电气人的我进一步的认识了功率因数，并认识到学好电路基
础的重要性。