基于工厂供配电系统功率因数的研究

姜全录，吴 军，郝英军

（1.大连瓦房店供电分公司，辽宁 大连 116300；2.东港供电分公司，辽宁 丹东 118300）

基于工厂供配电系统功率因数的研究

姜全录1，吴 军2，郝英军1

（1.大连瓦房店供电分公司，辽宁 大连 116300；2.东港供电分公司，辽宁 丹东 118300）

由于在工厂中大量负载是感性负载，这些负载从供配电系统中吸收大量无功功率，使得功率因数降低，因此提高功率因数几乎成了每一个用电单位都面临的问题.本文主要介绍采用人工并联静电电容器补偿装置来提高功率因数及电容器装设部位的补偿方式.补偿方式分别有单独补偿、分组补偿和集中补偿三种.目前工厂供配电系统中大量采用集中补偿.

功率因数；自然功率因数；人工补偿；电容器补偿

功率因数是电力用户的一项重要技术经济指标.由于在工厂中大量使用感应电动机、变压器、电焊机、电弧炉等感性负载，这些负载从供配电系统中吸收大量无功功率，使得功率因数降低，因此提高功率因数几乎成了每一个用电单位都面临的问题.提高功率因数通常有两种途径：一种是在不添置任何附加补偿设备的前提下，合理选择和使用电气设备，改善它们的运行方式，提高检修质量，从而提高自然功率因数，但自然功率因数的提高往往很有限；另一种是采用人工补偿装置来提高功率因数，人工补偿装置可采用同步电动机或并联静电电容器.

1 提高功率因数的意义

（1）提高电力系统的供电能力.在发电和输、配电设备的安装容量一定时，提高用户的功率因数，相应减少了无功功率和视在功率的需求量；在同样设备条件下，增大了电力系统的供电能力.

（2）降低供电网络中的电压损失，提高供电质量.由于用户功率因数的提高，使网络中的电流减少，因此网络中的电压损失减少，网络末端用电设备的电压质量得到提高.

（3）降低供电网络中的功率损耗.当线路电压和输送的有功功率一定时，功率因数越高，则网络中的功率损耗越少.

（4）降低企业产品的成本.提高功率因数可减少网络和变压器中的电能损耗，使企业电费降低.

总之，提高功率因数对充分利用现有的输电、配电及电源设备，保证供电质量，减少电能损耗，提高供电效率，降低产品的成本，提高经济效益等有着十分重要的意义.

2 提高功率因数的方法

2.1 提高负荷的自然功率因数

功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数.提高自然功率因数，就是不添置任何补偿设备，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总功率因数提高.因为他不需增加设备，是最理想最经济改善功率因数的方法.

（1）正确选择并合理使用电动机，使其不在轻载和空载情况下运行.在条件许可时，应尽量选择笼型异步电动机.

（2）保证电动机的检修质量.电动机的定转子间气隙的增大和定子线圈的减少都会使励磁电流增大，从而增加向电网吸收的无功量而使功率因数降低，因此检修时要保证电动机的结构参数和性能参数.

（3）合理选择变压器的容量，适当调整其运行方式，尽量避免变压器空载运行.变压器轻载时功率因数会降低，但满载时有功损耗会增加，因此，选择变压器的容量时要从经济运行和改善功率因数两个方面考虑.

（4）对于容量较大且又不要求调速的电动机，应尽量选用同步电动机.

2.2 人工补偿法提高功率因数

如果负荷的自然功率因数不能满足要求，应采取人工补偿的方法提高负荷的功率因数.目前，工厂企业广泛采用并联电容器补偿、同步电动机补偿和动态无功补偿方式进行无功功率的人工补偿.同步电动机补偿是通过调节同步电动机励磁电流起到补偿无功功率的作用.并联电容器，又称移相电容器，是一种专门用来改善功率因数的电力电容器.并联电容器与同步电动机相比，具有安装简单、运行维护方便有功损耗小、组装灵活、扩建方便等优点.目前并联电容器在一般工厂供配电系统中应用最为普遍.

2.2.1 并联电容器的装设

2.2.1.1 并联电容器的结线

并联补偿的电力电容器大多采用△形结线，对于低压（0.5kV以下）并联电容器，因为大多是做成三相的，故其内部已接成△形.

假设有电容为C的三个单相电容器，如果其额定电压与三相网络的额定电压相同时，应将电容器接成三角形；如果电容器的额定电压低于三相网络额定电压时，应将电容器接成星形.不同的接线方法其总容量为：

△形结线时

由上式可以看出，同样的电容器，按三角形结线时其补偿容量将是星形结线的3倍.这是并联电容器采用三角形结线的一个优点.另外电容器采用三角形结线时，任一电容器断线，三相线路仍得到无功补偿，而采用星形结线时，一相电容断线时，断线相将失去无功补偿.

但是，当电容器采用三角形结线时，任一电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸.这对高压电容器特别危险.如果电容器采用星形结线，情况就不同.当电容器采用星形结线时，在其中的一相电容器发生击穿短路时，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，运行相对比较安全.所以GB50053–94《10kV及以下变电所设计规范》规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形，容量较小时（450kvar及以下）宜接成三角形.低压电容器组应接成三角形.

2.2.1.2 并联电容器的装设地点

并联电力电容器在工厂供配电系统中的装设位置有三种，即高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿（个别补偿）.

2.2.1.2.1 高压集中补偿

高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在工厂变电所的6～10kV母线上.

该补偿方式只能补偿总降压变电所的6～10kV母线之前的供配电系统中由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，经济效果较后两种补偿方式差.但由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少.且总降压变电站6～10kV母线停电机会少，因此电容器利用率高.这种方式在一些大中型企业中应用相当普遍.

2.2.1.2.2 低压集中补偿

低压集中补偿是指将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上.

该补偿方式只能补偿车间变电所低压母线前车间变电所和高压配电线路及电力系统的无功功率，对车间变电所低压母线后的设备则不起补偿作用.但其补偿范围比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使车间主变压器的视在功率减小从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济.这种低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室内，运行维护安全方便.该补偿方式在工厂中应用相当普遍.

2.2.1.2.3 单独就地补偿

单独就地补偿（个别补偿或分散补偿）是指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组.该补偿方式能补偿安装部位以前的所有设备，因此补偿范围最大，效果最好.但投资较大，而且如果被补偿的设备停止运行的话，电容器组也被切除，电容器的利用率较低.而且存在小容量电容器的单位价格、电容器易受到机械震动及其他环境条件影响等缺点.所以这种补偿方式适用于长期稳定运行，无功功率需要较大，或距电源较远，不便于实现其他补偿的场合.

3 结语

一般工业企业消耗的无功功率中，异步电动机约占70%，变压器约占20%，线路等约占10%，所以要合理地选择电动机和变压器，使电动机平均负荷为其额定功率的45%以上，变压器负荷率为60%以上.

〔1〕杨洋.供配电技术[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2007.34-35.

〔2〕刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,1998.44-47.

〔3〕刘燕.供配电技术[M].陕西:西安电子科技大学出版社,2007.29-31.

〔4〕高宇,孙成普.工厂供配电技术[M].北京:中国电力出版社,2009.55-57.

TU852

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1673-260X（2012）06-0163-02