提高功率因数在电费服务中的实践

2014-12-17吴天琪国网成都供电公司四川成都610000

决策与信息 2014年36期

吴天琪国网成都供电公司四川成都 610000

提高功率因数在电费服务中的实践

吴天琪
国网成都供电公司四川成都 610000

当前我国社会经济不断发展，工业用电和居民用电都在不断增长，所以电费也成为居民支出和企业成本中的重要组成部分。根据电费服务中的实践，功率因数和电费存在一定的关联，所以本文针对功率因数的含义，重点分析了提高功率因数的方法，并提出其实际实施手段，以期促进我国供电企业电费服务水平的提高。

功率因数；无功补偿；电费服务

引言

目前，供电过程中用户使用的大部分负载被称为感性负载，而感性负载不仅从电网中吸收有功功率，还与电源进行能量交换，但是这部分能量由于不做功所以被称为无功功率。对于供电设备来说，负载的功率因数降低，会导致负载吸收的有功功率也变小，这意味着电设备中只有小部分的容量被利用，而剩下大部分则是在负载和电源间进行无用的功率转换。因此为了提高供电设备的利用效率，进而提升供电企业的电费服务水平和质量，必须研究提高功率因数的方法。

一、提高功率因数方法的理论分析

首先，设电路中有功功率P与功率S的比值和功率因数cosф相等，那么可以得到如下公式：

在以上公式中，角度ф是功率因数角的意思，所以ф也是供电端电压与电流形成为相位差角。而本文探讨的提高功率因数cosф的方法就是建立在缩小电路端电流与电压之间相位差角的基础上。在当前的工业用电和居民用电中，感性负载占总负载的绝大部分，比如感应电机、铁路机车、路灯电路等设备上的负载。这些设备的等效电路情况如图1所示，显而易见，可以采取并联适当电容器来达到无功补偿的效果，并进而实现提高功率因数的目的，正如图1中虚线表示的方法。

此外，感性负载电流与电压的相量情况如图2所示。党并联电容器不存在时，总的电流相量用I载来表示，而ф1则是用来表示落后的电压相量，因此相量I载能够分成无功分量IL和有功分量Ir两部分，并且有功分量是固定的。在此基础上应用并联电容器的原理，通过增大Ic来补偿无功分量IL，那么总电流的相量就降低到I总，因为这个时候总电流相量明显落后电压相量的减少量，电路的功率因数必然得到提高。

经过以上分析，可以发现并联电容器能够达到提高功率因数的目的，就图2而言，就是利用电流Ic来补偿感性负载电路下的无功分量IL，因此电容器容量能够决定电容电流Ic的大小。当Ic>IL时，功率因数会出现降低的情况，而当Ic＜IL时，功率因数反而会提高。所以为了促进功率因数的有效提高，一定要科学适当的并接电容器的容量。比如在目前的居民用电中，日光灯为主要的照明设备，并且日光灯可以被视为一个感性负载电路，在其正常运转的时，它的功率因数一般在0.5到0.6之间，为了提高日光灯的功率数，可以在它的两端进行电容器的并接处理。

二、供电实际中提高功率因数的措施

1、提高负载的自然功率因数

为了达到提高负载自然功率因数的要求是，可以采取改造负载设备的方法。比如在处理电焊机这一类的感性负载设备时，不仅增加两个电抗绕组在该设备的变压器上，还要对铁芯柱的匝数进行有效匹配，从而产生两个方向相反、大小相等的磁通，这样电抗绕组中的电抗就可以用来抵消电焊机自身绕组的电抗，从而进行无功补偿并实现提高功率因数的目标。另一方面，在处理电动机这一类设备的感性负载时，额定负荷其功率因数一般大于0.8，空载时的功率因数则在0.2—0.3之间，所以负载与功率因数存在紧密的关系。因此提高电动机功率因数的方法分为以下两个方面：当电动机容量与负载相互匹配时，尽量避免“大马驾小车”情况的出现；如果实际负载不超过额定负载的30％时，在启动、运行时最好采取减压启动、运行的方式。

2、人工补偿

人工补偿也是提高功率因数，充分利用电能的重要手段。所以供电企业在实际的电费服务中推广应用人工补偿措施，也就是在供电电路中并接电容器的方法。该方法能够利用静态的或者电磁的接触器与电网相连接，并达到提高功率因数的要求。

2.1 单个设备补偿

单个设备补偿需要供电企业在用电设备周围装设电容器组，而电容器组的数量由用电设备的无功功率需要量决定。这些电容器组能够与用电设备达到同时运行或者断开的要求。目前，单个设备补偿法主要适用于电压电网中，而且有着很高的补偿效果。但是单个设备的安装使用也存在利用率低的缺点，并且电网中过多的电容器也会引发谐振的风险，影响电网运行的稳定。所以供电企业在单个设备补偿工作中，应保持适度、适量的原则，尽量保障电容器组可以发挥最大的电能补偿效用。

2.2 分段补偿

相对于单个设备补偿的方法，分段补偿法是把电容器组安装到变电所或者配电室各分路出线上，并使电容器组和部分负荷发生同时切入或者切除的变动。对于供电企业而言，该方法可以集中安装，对各个电路设备进行分段补偿，所以不仅利用效率提高了，整体补偿效果也较高，可以再变电所及配电室上使用该方法，以此提高它们的功率因数。

2.3 全局补偿

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全局补偿法是将电容器组安装到变电所低压或者高压母线上，并根据配电所的总无功负荷的大小来配置电容器组的容量。全局补偿法相对于以上两种方法，利用率明显提高，并且因为电容器组安装在高压或者低压的母线上，所以全局补偿法能够有效降低电网、用户电压器以及供电设备的无功负荷。但是该方法也存在一定局限性，并且只能满足供电企业降低输送无功功率给用户的需要，对于用电户内部而言，配电网路内部的无功电流没有因为无功功率的降低而减少，线路损耗引发的电费支持也没有被降低，所以全局补偿方法只对变压器附近的负载补偿有明显的效果，对于用户内部的负载补偿相对不明显。

因此，目前提高功率因数的手段方法比较多样，但是任何方法的运用都必须以最大限度提高功率，促进电网利用效率和供电企业电费服务水平提升为主要目标。所以供电企业在运用人工补偿法来提高功率因数时，要结合各个地区、用户的实际情况，选择并组合合适的人工补偿方法，以此提高用电设备的利用效率，减少工业和居民的用电费用支出。

三、提高功率因数在电费服务中应用及意义

1、提高功率因数可以降低线路损耗

在用户电费中，线路损耗的多少有着不小的影响。因此提高功率因数后，可以相应缩小供电线路中的总电流量。而且功率因数和总电流之间存在反比例关系，也就是说功率因数越高，总电流也就越低，在此情况下，输电线路中的电压会降低并减小热损耗。因此提高功率因数可以降低线路损耗，促使用户利用电能效率的提高，使电费可以更准确的反应用户的实际用电量。

2、提高功率因数能够改善供电质量

对于供电企业来说，优质的供电质量是电费服务水平的重要体现。在供电线路中，感性负载与电源交换的能量一般是无功功率，而有功功率是负载上消耗的能量。所以当电压和有功功率固定时，电流和功率因数之间成反比关系。功率因数越低时，相应线路上的无功功率则越大，所以线路上流经的电流也就越大。因为线路会存在一定阻抗，在电流经过时会损失一定的电压，造成电路电压下降。所以功率因数变高的话，就意味着线路上的无功功率变小，因此可以促进线路末端电压的平稳，并达到改善供电质量的目的。

3、提高功率因数可以减少企业电费支出

根据我国电力企业联合会2013年提供的统计数字表明，我国企业用电量占全社会用电量的结构比重已经从2012年的70.04％上升到2013年的73.94％，因此企业用电是占了整个社会用电规模的绝大部分，也是供电企业电费服务的重点对象。在目前的用电企业中，电力设备多采用感性设备，导致电网传输需要大量的无功功率。假设自然平均功率因数在0.7到0.8之间，则企业消耗的无功功率可以占到有功功率的60％到80％，因此只要将企业用电的功率因数提高到0.95所有，无功消耗只会占到30％左右的有功消耗，这会给企业节约大量的电费开支。所以提高功率因数能够明显提升企业的经济效益，并且在我国的电价制度中，为了促进企业的合理用电，对不同企业的功率因数制定了不同的数值，如果企业的功率因数低于规定的数值，电费价格也会上升，反之则会相应的降低。因此，供电企业为了提升电费服务水平和质量，可以为企业提高功率因数提供必要的技术支持，促使企业用电上功率因数的提高，达到降低用电成本的目的。