功率因数对工厂供配电系统电能质量的影响

邵婷

摘要：社会进步迅速的同时，各行各业的发展也有了很大的改善。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力，现代社会信息技术和其他高新技术都是建立在电能应用基础之上的。但是，电能的生产、供应和使用过程是同时进行的，只能用多少发多少，不像其他商品那样可以大量储存。因此，发电、供电和用电每时每刻都必须保持平衡。否则，用电负荷增加，电力系统的频率和电压就要下降，可能造成严重的后果。在负荷正常的情况下，如果功率因数达不到规定的要求，则会造成电能的极度浪费和有色金属的过度损耗，这些在合理的运用电能方面都是不允许的。在今日的世界，人均用电量反映了一个国家现代化程度的高低，而在我国人均用电量仅为世界平均水平的一半。为了进一步提高我国的现代化水平，我们所面临的问题是如何提高电能的利用率。解决此问题的最好办法就是提高电力系统及用电设备的功率因数，有效的利用电能。

关键词：功率因数;工厂供配电系统;电能质量;影响

引言

在工业信息化时代，工业生产和居民生活都离不开电能，供配电系统的稳定性和电能质量已经对工厂生产产能的提高产生了重大影响.在工业生产中，为提高生产效能和效益而引进的高新精密设备和先进技术对工厂供配电系统的可靠性和电能质量提出了更高的要求，提高供配电系统供电效率和改善供电电能质量成为工厂提高生产效能和效益不容忽视的重要环节。

1工厂供配电系统电气节能技术设计原则

在实际工厂供配电系统设计中，要遵循以下原则进行设计，以达到节能效果：首先，经济适用性原则。工厂供配电系统节能设计的根本目的就是降低供配电系统的运行成本，提高用电效率及用电效益，因此节能技术要遵循经济适用性原则。常用的人工无功补偿具有灵活性能好的优势，提高系统的功率因数可降低损耗，在减少工厂电能成本的基础上提高工厂的经济效益及社会效益。其次，实事求是原则。工厂企业经营的最终目的是实现利润最大化，工厂要在市场竞争中取得更大的优势，就必须寻找科学、合理的发展机遇。在环境问题日益突出、国家对环境保护要求越来越高的大背景下，作为能源消耗大户的各类工厂也要本着实事求是的原则降低环境污染，缓解国家供电压力，全面落实工厂供配电系统的节能，以实现国民经济发展与工厂自身持续经营的双赢局面。最后，优化原则。随着“生态文明建设”“绿色可持续发展”理念的不断深入，我国越来越多的工厂供配电系统设计施工将节能降耗放在首位，采用先进的科学技术、施工工艺，广泛引进新型的环保材料，比如应用永磁接触器来借助于永磁力进行合闸保持，该技术可以实现合闸状态下电流降为零，因此大大降低了电能消耗量。

2功率因数对工厂供配电系统电能质量优化措施

2.1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。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。

工厂供配电系统功率因数的研究涉及的方面是很多的，而以上仅仅只是对于供配电系统因数的几个主要方面的研究，并且由于在功率因数方面的研究有限，因此，仅仅凭借上述功率因数的研究來提高供配电系统是远远不够的。所以，对于供配电系统功率因数的研究还需要供配电领域的专业人士共同致力于研究和探索。

2.2提高自然功率因数

用电设备的自然功率因数由设备本身的用电负荷属性决定，因此用电设备自然功率因数的提高将关注点放在合理的使用和维护设备上.考虑到变压器、电动机的自然功率因数与其负载之间的关系最为密切，故在工厂供配电系统设计时，变压器、电动机的选型应充分考虑其预期承载负载的容量大致范围，选取最佳容量的变压设备和电动机，并保证其工作时的负载比例处于其良好运行的最佳区间，既不空载也不过载.同时，重视变压器和电动机的维护保养工作能够使设备在更长时间内处于健康工作状态，也有利于维持自然功率因数的稳定;另外，在输配电线路架设时应当注重线缆的选型，选取感抗参数较小的的线缆，合理架设输电线路，降低输电线路的无功损耗.

2.3无功补偿技术

无功补偿技术是工厂供配电系统中最常用的节能措施，不过多数工厂会采用集中补偿的方法进行无功功率补偿，却忽略了各个车间变电站、用户端的无功补偿，这种集中补偿的方法无法保证有效的补偿功率，甚至很多系统还保持在自然功率因数的范围。由于国家相关标准规定工厂的功率因数至少在0.9及以上，工厂只有通过设置大量高压补偿装置来提高功率因素，以达到国家标准。工厂内部有大量的无功环流，由于工厂变电站、用户端功率因数较低，这些无功环流会持续循环，加大了输电线路、变压器所通过的电流，损耗的增加必然会降低末端的供电质量，最终降低工厂电动机的转矩而提高能耗。变压器、电动机是工厂供配电系统中产生无功损耗的主要设备，变压器产生的无功总耗高达20%，异步电动机则会产生近60%的无功总耗，由此可见，电网由于要向变压器、电动机提供大量的无功负荷而直接影响了自身的供电能力，因此要采取措施提高工厂供配电系统的功率因数。首先，可以利用移相电容器产生超前电网电压容性电流特性与电动机变压器所产生的滞后电网电压感性电流互相补偿，即从源头上开始补偿无功损耗，补偿设备采用移相电容器，将其尽量安装在靠近用电设备的各车间变电所低压母线侧。如果异步电动机容量较大、运行稳定，可就地安装无功补偿装置，针对供电入口处功率因数的调整，各总降适量补充高压集中补偿装置即可达到相关标准要求。其次，可以将车间变电所低压母线侧移相电容器适当分组，并采用投切的方式以提高其适应性，即使在不同的情况下，工厂也可以使得功率因数控制在符合国家标准的范围。最后，有些工厂会使用无需进行调速的大型机械，这种情况下可以使用同步电机获得无功补偿。

3提高功率因数的好处

当提升系统的功率因数时，其好处主要可体现在如下几方面：（1）当功率因数得到改善后，系统线路中的总电流以及原有的电器元件就会相应有所减少，如变压器、导线容量都会较之之前要少，这样就会使生产厂家减少了资金投入，并且也降低了设备中固有的电能损耗。（2）当功率因数被提高后，系统中的供电质量也能得到改善。如若系统原来的功率因数较低，此时就可以在不改变现有设备容量的情况下，通过加装电容器就能使系统的功率因数得到提高，并使负载的容量也有所增加。（3）功率因数的提高还会增加系统中设备的可利用率。由于决定并影响系统电源设备容量的最主要因素就是其额定的电压及电流，因此这些设备都具备可确定的额定的视在功率。也就是这些设备可以输出的最大的有功功率。此时当负载的公里因数等于1时，电源设备就能得到充分利用，而一旦功率因数低于1，就会有部分视在功率被转换成为无功功率，此时电源设备就未能得到最有效的利用。

结语

现如今，各个生产行业的诸多工厂都存在着供配电系统电能利用率不高，电能浪费的情况，通过提高工厂供配电系统的功率因数来实现工厂生产效能和经营效益的提高仍有很大的发挥空间。本文分析了各个行业领域工厂供配电系统的现状，提出了几种提高功率因数的方法举措，对于各个行业工厂优化供电网路、提高功率因数具有一定的参考价值。

参考文献

[1]张华.工厂配电系统中的节能措施分析[J].中国设备工程，2017（10）：49-50.

[2]魏小新.工厂供配电系统设计中提高功率因素补偿措施的确定[J].智能建筑与城市信息，2003（8）：39-41.