浅谈提高功率因数的意义与方法

陈熙

摘要：功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要的影响。而无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率，所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。

关键词：功率因数;无功补偿

一、无功功率

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种，分别是有功功率和无功功率。

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，是可以将电能转换为其他形式能量（如机械能、光能、热能）的电功率，如电炉是把电能转换为热能，电动机是把电能转换为机械能，照明灯具是将电能转换为光能。

无功功率相较有功功率而言，则比较抽象，它是用于电路内電场与磁场的交换，是用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率，它不对外作功，只是进行了电能形式的转换，并没有被实际消耗掉，因此称为“无功功率”。不过，无功功率并非无用功，实际上它在工业生产和日常生活中无处不在。比如，电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，并在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

通常情况下，电力系统中众多的无功负载，尤其是感性无功负载所吸收的无功功率是由发电厂提供的，也就是说发电机在工作时会向系统释放有功电能，同时也会为感性负载提供相应的无功电能。发电机运行时必须要保持适当的无功输出，如果没有无功输出就会对发电系统造成破坏性的影响，也就是说保护系统的无功平衡至关重要。

二、提高功率因数的意义

（一）什么是功率因数

在交流电路中，电压与电流之间的相位差（φ）的余弦叫做功率因数，用符号cosφ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosφ=P/S。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，是衡量电气设备效率高低的一个系数，它的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等纯阻性负荷的功率因数为1，而电动机等感性负载的电路功率因数都小于1。

（二）提高功率因数的意义

1.改善电压质量。由于电力系统中存在的大量感性负载将造成供电线路压降，尤其在供电线路末端更为严重，通过合理的补偿可以有效的缓解线路压降，改善电能质量。供电线路末端电压一般较低，当线路中无功功率Q减小以后，电压损失也就减少了。

2.降低线路及变压器损耗。以系统自然功率0.7为例，如通过补偿装置将系统功率因数提高到接近1的水平，系统电流将下降30%左右，即线路和变压器的损耗可降为P=I2R=（1-30%）2R=0.49R，即线路和变压器损耗可降低51%。降低线路及变压器损耗，节约有功电度，是重要的节能措施。

3.增加电网的传输能力。功率因数在0.7左右的系统，通过提高功率因数可使系统电流下降30%，从而释放变压器及线路的容量，增加变压器及线路带负荷能力。

4.提高设备利用率，节省投资。功率因数越低，说明电路中用于交变磁场转换的无功功率越大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。用户电器设备在一定电压和功率下，该值越高效益越好，发电设备越能充分利用。提高功率因数可以有效的降低系统电流和视在功率，故可以有效的降低电网建设中所有相关设备的容量，从而降低电网建设中的投资。用户可在变压器不增容的情况下，增加负载，进行扩大再生产。

5.延长设备寿命。功率因数提高后，线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，从而减小流过线路及变压器的电流，减缓导线及变压器的绝缘老化速度，因此可以降低温升延长设备使用寿命。

6.节省电费支出。为了提高用户的功率因数并保持其均衡，以促进供用电双方和社会的经济效益，1983年原水利电力部、国家物价局出台的《功率因数调整电费办法》规定了不同类型用户的功率因数的标准值及其适用范围，以及功率因数的计算和电费调整办法。根据计算的功率因数，在高于或低于规定标准时，按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整表”所规定的百分数增减电费。因此，在不满足功率因数要求时将增加额外的力率调整电费，所以在企业的生产用电过程中也需要关注功率因数的变化并做出相应的调整，避免向电网输入过多无功功率。通过提高功率因数达到国家标准的要求，可以消除力率考核电费，从而使电力用户电费支出大幅度降低。

三、提高功率因数的方法

提高功率因数必须保证原负载的工作状态不变，即加至负载上的电压和负载的有功功率不变。提高功率因数的方法主要可分为两种：

（一）提高自然因数的方法

1.选择合适的供电变压器，避免变压器空载或轻载，减少变压器的无功损耗。

2.选择合适的电动机容量，减少不必要的电动机无功消耗，避免出现“大马拉小车”。

3.合理调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

4.改善配电线路布局，避免曲折迂回等。

（二）人工补偿的方法

实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补偿无功，即：在感性负载上并联电容器，用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载与供电电源之间原有的能量交换。

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压，而纯电容的电流则超前于电压，电容中的电流与电感中的电流相差，能相互抵消。电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。

并联电容器的补偿方法又可分为：

1.个别补偿个别补偿就是对单台用电设备所需的无功就近补偿的办法，把电容器直接接到单台用电设备的同一个电气回路，用同一台开关控制，同时投运或断开。这种补偿方法的效果最好，电容器靠近用电设备，就地平衡无功电流，可避免无负荷时的过补偿，使供电质量得到保证。

2.分散补偿分散补偿是将电容器分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，它可与根据系统负荷的变化投入或切除电容器组，但造价相对较高，优点是电容器利用率较高且补偿效果也较理想（比较折中）。

3.集中补偿是电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上，这种补偿方式安装简单，运行可靠，但补偿效果较前两种补偿方式差，造价也相对较高，优点是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。

在实际应用中，三种补偿方法可同时使用。

四、结束语

当电力系统某一节点合理设置并联电容器以后，并联点至电源侧的总电流会减小，功率因数会提高;并联点至负载侧的总电流基本上无变化或变化很小，功率因数也是无变化的。简单来说并联电容器无功补偿装置只能降低补偿装置到电源间的无功功率，而补偿装置至负载端的无功功率不会减少。所以无功补偿装置越接近负载端，补偿效果越好，当然这也会带来投资、成本方面的问题。电容器无功补偿装置投入运行以后，会大大降低负载侧向电网传输无功功率，减少线路中的电流，降低线路上的损耗，提升变压器转换有功功率的能力，减少投资。同时线路上总电流的降低也会降低线路上的电压损耗，对提升供电质量也是非常有利的。同时用户的功率因数达到相应的标准，可以避免增加力率考核电费。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，对节约电能、提高运行质量都具有非常重要的意义。

参考文献：

[1]李平.提高低压配电网功率因数及降低线损的措施.光机电，2014：31.