浅谈低压配电网中的功率因数

潘峻

【摘 要】本文集中探讨了功率因数对广大供电企业的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的一般方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量和应用人工补偿无功功率的两种具体方式。

【关键词】功率因数；补偿；消耗

在电力系统中，我们将各种设备所消耗的能量分为有功消耗和无功消耗。有功消耗是指电流通过电阻性负载所消耗的电能，它是一种能量转变中做功消耗的电能；无功消耗是指电流通过感性或容性负载时产生了磁场、电场，这些磁场、电场只在电源和负载之间往返转换，在交换中不能转变成其它形式的能量。视在功率是指有功损耗和无功损耗的平方和的平方根值。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，否则将产生以下我们所不期望的不良影响：功率因数的降低导致电流增大，则发电机和变压能输出的有功功率下降，设备容量不能充分利用；使电能损耗和导线截面增加，电网的初期投资和运行费用相应增高；使发电机、变压器和电力网中的电压损失增大，电动机的端电压下降，则感应电动机的起动传矩和过负荷能力下降。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。

一、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，则其功率因数=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期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

综上所述，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。

二、低压配电网无功补偿的一般方法

就目前普遍使用的在用户端增设电容器的无功补偿方式分析，按补偿电容器在供电网络中装设的位置不同可分为集中补偿、分散补偿、就地补偿和跟踪补偿几种形式。

集中补偿是指在企业的总降压站或配电室集中安装一批无功补偿装置的做法。其特征是安装地点为企业的电源进线中心，其作用是补偿大地区（高压）及本企业内部所消耗的无功功率。此方法也可称为随器补偿。即：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，配变空载无功是低压电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。

集中补偿具有接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制低压电网无功负荷的优点，可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，所以集中补偿是目前补偿无功最有效的手段之一。

分散补偿是指将无功补偿装置分散到分变电所（大型企业）和车间配电室的做法。其特征是安装地点为电力负荷中心，其作用是补偿小区域或车间所消耗的无功功率。电压等级通常为10（6）kV及0.66（0.4）kV。

就地补偿是在负荷旁对其进行电容直接补偿，其特征是无功补偿装置就在所补偿的电动机附近，其作用是仅补偿本台电动机所消耗的无功功率。电压等级通常为0.66（0.4）kV。此方法也可称为随机补偿，即：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低压电网无功负荷。

就地补偿的特点体现在用电设备运行时，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。此种补偿方式具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等优点。

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，补偿效果较好。

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。因此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。

三、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，是最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。

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，又要考虑它们的电气指标。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. 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。

3. 采用同步电动机或异步电动机同步运行提高功率因数

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。

4. 合理选择配电变压器容量，改善配电变压器的运行方式

对负载率比较低的配电变压器，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，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重要影响，下面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。

四、 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：

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。

（1）电容器补偿容量的确定

（ 2 ）并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求

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、生产过程中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、结束语

以上是对浅谈低压配电网中的功率因数的肤浅见解，不足之处敬请赐教。