功率因数降低的原因分析及对策

功率因数降低的原因分析及对策

刘乔芬

(中韩(武汉)石油化工有限公司，湖北 武汉 430000)

摘要：功率因数是衡量一个工业企业电力系统是否经济运行的重要指标，供电部门一般要求用户功率因数要达到0.9以上，提高系统功率因数不仅能减少供电线路的功率损耗及电能损耗，还可以提高电能质量，一般企业通过无功补偿的手段来提高功率因数。现简述一般工业企业提高电力系统功率因数的几种有效措施。

关键词：功率因数；电力系统；无功补偿

收稿日期:2015-05-18

作者简介：刘乔芬(1985—)，女，湖北孝感人，助理工程师，研究方向：电气专业。

1功率因数的基本概念

简单来讲，功率因数表示总功率中有功功率所占的比例，其表达公式为：

cosφ=P/S

S2=P2+Q2

式中，S为视在功率(VA或kVA)；P为有功功率(W或kW)；Q为无功功率(var或kvar)。

当有功功率一定的时候，无功功率越小，功率因数越大。供电部门在收取企业电费时将功率因数作为一个考核指标，小于0.9时会进行经济处罚，而超过0.92则会根据用电负荷情况有相应的功率因数调整奖励，直接与企业的经济效益相挂钩，所以企业单位对于控制功率因数非常重视。

通过改善功率因数，不仅可以减少线路中的损耗，还可以减少供电系统中的电压损失，提高末端电压，使负载电压更加稳定，改善供电质量，提高用电设备的工作效率，节约电能。功率因数作为电力系统的一个重要指标一直备受重视，本文研究了工业企业常用的几种提高功率因数的措施，希望能指导企业确保功率因数在0.9以上，以满足供电局的要求。

2功率因数变低的原因

一般工业企业消耗的无功功率中，异步电动机占比较大，约70%，变压器约占20%。异步电动机之所以无功消耗大，是因为在其运行过程中，为产生旋转磁场需要吸收大量的无功，这就导致了系统的功率因数降低，所以在设计过程中应正确选择异步电动机的容量以及变压器的容量，电动机的经常负荷应不低于额定容量的40%，变压器负荷率在75%为宜，但是一般工业企业从安全角度出发，在设计时往往考虑有冗余，变电所变压器并非在经济运行状态下，一般负荷率不到30%，导致系统无功消耗比较高。由于这些原因，系统无功过大，就会导致功率因数变低，所以需采取有效措施提高功率因数。

3提高功率因数的几种有效措施

3.1电容器无功补偿

无功补偿作为一种最为普遍的方式得到了广泛应用。大型企业主要的用电负荷为异步电动机，为感性负载，无功需求较大，所以在设计初期就要考虑到无功补偿，采用人工投用电容器的方式来提高功率因数。一般企业大多采用在高压和低压母线上进行功率因数集中补偿。采用并联电容器时，为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡补偿，即低压部分的无功功率由低压电容器补偿，高压部分的无功功率由高压电容器补偿。电容器经串、并联之后，成组挂接在中压母线上，另一端接地。这样布置的电容器称之为并联电容器，能起到补偿电动机、变压器等感性电气设备消耗的无功功率的作用。并联电容器产生的无功可提高功率因数、降低线路损耗、提高母线电压以及提高电气设备抗电网扰动能力，但是，电容器的功率公式是QC=U2·ω·C，电容器在提高母线电压的同时，输出的功率与电压的平方成正比，可能造成自身过载。因此，选用电容器的额定电压须高于配电母线的标称电压，譬如6 kV母线应选配7.2 kV电容器组，35 kV母线应选配40.5 kV。此外，电容器组应选用串级数少的，最好单台电容器就达到配电母线所需电压水平。串联电容器当一台绝缘击穿时，就得持续承受高于额定值的电压，很快就会因为过载而损坏。

3.2采用同步电动机

一般用电负荷都属于异步电动机，所以为了平衡无功，当工艺条件适当，证明工艺设备采用同步电动机也合理的时候，可采用同步机，利用同步电动机过励磁超前运行，以补偿系统的感性无功功率，提高整个系统功率因数。同步电动机输出的无功功率为：

QM=Srq

式中，Sr为同步电动机的额定容量(kVA)；q为同步电动机的补偿能力(kvar/kVA)。

但是，同等条件下，同步电动机较异步电动机费用更高，不经济，且运行的稳定性较差，所以一般工业企业应用得较少。

3.3发电机励磁系统调节

一般工业企业都有发电机组，一方面作为自备电厂发电设备，另一方面还可补偿系统无功功率，提高功率因数，相较于电容器补偿，发电机励磁系统调节更具有操作性，可实时调节，方便快捷。发电机既是唯一的有功功率电源，又是基本的无功功率电源，一般中小型发电机的额定功率因数为0.8～0.85，如果发电机的有功输出未满载，在保证发电机的电压在额定电压范围内且在正常状态下运行的前提下，发电机的无功功率可以适当提高，也即可适时调整补偿系统的无功功率，从而提高整个电网系统的功率因数。但是，发电机无功输出是有限的，只能在保证发电机额定功率的情况下进行无功输出。

4一般工业企业无功补偿措施建议

工业企业通常不会采取一种措施来提高功率因数，而是结合几种方式一起，优化无功补偿方案，这样补偿效果更好。一般工业企业既有电容器无功补偿，也有发电机励磁系统调节。

电容器集中补偿：当前大型工业企业普遍采用在部分装置二级变电所的母线上安装电容器无功补偿来实现电压、无功的集中控制。这种集中补偿方式，解决了工业企业内部电网的功率损耗问题，满足了供电部门对用户功率因数的要求，但也存在一些问题，无功补偿的电容器容量是固定的，且是人工补偿，响应速度有限，且很难控制功率因数，并且电容器几种补偿只能针对上一级线路，调整上级功率因数，对下级线路的经济运行不起作用。

就地分散式补偿：对于大功率的用电设备宜采用就地补偿装置，一方面提高功率因数，另一方面还能取得节能的效果。

工业企业一般通过电容器集中补偿，解决大部分无功损耗的问题，然后通过就地补偿，补偿部分无功，然后剩下的无功损耗通过发电机励磁系统实时调节。当然，这些都要经过分析判断，需由电气值班人员根据本单位电力系统的具体情况采取有效措施。调节发电机励磁系统所增加的无功仍然不足以供应系统无功，保证较高水平的功率因数，此时就需要考虑投用电容器。工业企业的生产装置负荷大、变化快，需要高素质的电气值班人员根据生产负荷情况分析系统运行状况，采取合适方式实施调整，从而将功率因数保持在一个较好的范围内。

5结语

总之，工业企业不管采用何种方式提高功率因数，例如无功补偿或其他办法，这对于企业电网运行的经济效益和节约电能都具有十分重要的意义。

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