功率因數(shù)及改善功率因數(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際意義

功率因數(shù)及改善功率因數(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際意義功率因數(shù)及改善功率因數(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際意義Powerfactordefinition.Themainfactorofinfluencepowerfactor.Improvingloadfactor.Improvethepowerfactor.徐應(yīng)飛5060309300F0603007引言：功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，我們所希望的是功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點(diǎn)，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的消耗。用戶功率因數(shù)的高低，對于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現(xiàn)階段全國性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效的搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫Γ纳铺岣哂脩艄β室驍?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費(fèi)。其社會效益及經(jīng)濟(jì)效益都會是非常顯著的。因此，我從功率因數(shù)的定義、影響功率因數(shù)的主要因素、改善功率因數(shù)的主要方法等方面進(jìn)行了初略的探討。隨后結(jié)合改善功率因數(shù)在配電系統(tǒng)中的效率進(jìn)一步說明提高功率因數(shù)的實(shí)際意義。一、 功率因數(shù)的定義在電力系統(tǒng)中，電動機(jī)及其它帶有線圈（繞組）的設(shè)備很多，這類設(shè)備除了從電源取得一部分電功率作有功用外，還將耗用一部分電功率用來建立線圈磁場。這就額外地加在了電源的負(fù)坦，功率因數(shù)cos.（也稱力率）就是反映總電功率中有功功率所占的比例大小。理論公式上，有功功率表達(dá)式中的P=U*I*cos中的cos.為功率因數(shù)，功率因數(shù)小于或等于1，功率因數(shù)的大小說明電源被利用程度，它的高低決定月電路端電壓和電流之間的相位差。cos.小于1電路中就發(fā)生能量互換出現(xiàn)無功功率Q=UIsin.。所以在計(jì)算過程中，可通過cos.二P/S，tg.=P/Q（其中：P稱為有功功率（KW），Q稱無功功率（Kvar），S=U*I稱為視在功率（KVA）），在實(shí)際中，可用電量值代替相應(yīng)的功率。二、 影響功率因數(shù)的主要因素首先我們來了解功率因數(shù)產(chǎn)生的主要原因。功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時(shí)，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q=0時(shí)，則其力率=1。因此提高功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時(shí)的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響上海交通大學(xué)基本電路理論課程教學(xué)小論文（2007-2008第一學(xué)期）三、提高負(fù)載因數(shù)的幾種方法我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒ǖ蛪簾o功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。下面簡單介紹這三種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。1-1.隨機(jī)補(bǔ)償隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主，此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡單、事故率低等。1-2.隨器補(bǔ)償隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價(jià)。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降彳氐無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。1-3.跟蹤補(bǔ)償跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。采取適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)提高自然功率因數(shù)是在不添置任何補(bǔ)償設(shè)備，采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率減少負(fù)載取用無功來提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法，它不需要增加投資，是昀經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡要的介紹。2-1.合理使用電動機(jī)合理選用電動機(jī)的型號、規(guī)格和容量，使其接近滿載運(yùn)行。在選擇電動機(jī)時(shí)，既要注意它們的機(jī)械性能，又要考慮它們的電器指標(biāo)。若電動機(jī)長期處于低負(fù)載下運(yùn)行，既增大功率損耗，又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確的合理的選擇電動機(jī)的容量。2-2.提高異步電動機(jī)的檢修質(zhì)量實(shí)驗(yàn)表明，異步電動機(jī)定子繞組匝數(shù)變動和電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動時(shí)對異步電動機(jī)無功功率的大小有很大的影響。2-3.采用同步電動機(jī)或異步電動機(jī)同步運(yùn)行提高功率因數(shù)上海交通大學(xué)基本電路理論課程教學(xué)小論文（2007-2008第一學(xué)期）由電機(jī)原理知道，同步電動機(jī)消耗的有功功率取決于電動機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)〃吸取”無功，在過激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)〃送出”無功。因此，只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)〃送出〃無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流，使其呈同步電動機(jī)運(yùn)行，這就是〃異步電動機(jī)同步化〃。因而只要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流，使其呈過激狀態(tài)，即能向電網(wǎng)輸出無功，從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。2-4.合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運(yùn)行方式對負(fù)載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、?！钡确椒ǎ蛊湄?fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。通過以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，或許我們已經(jīng)對“功率因數(shù)”這個(gè)簡單的電力術(shù)語有了更深的了解和認(rèn)識。知道了功率因數(shù)的提高對電力企業(yè)的深遠(yuǎn)影響，下面我們將簡單介紹對用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞胶蛯ρa(bǔ)償容量的確定方法。功率因數(shù)的人工補(bǔ)償功率因數(shù)是工廠電器設(shè)備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標(biāo)，也是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)主要指標(biāo)。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法已經(jīng)不能滿足工廠對功率因數(shù)的要求，工廠自身還需裝設(shè)補(bǔ)償裝置，對功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。對用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞接校?-1.靜電電容器補(bǔ)償當(dāng)企業(yè)感性負(fù)載比較多時(shí)，它們從供電系統(tǒng)吸取的無功是滯后（負(fù)值）功率，如果用一組電容器和感性負(fù)載并聯(lián)，電容需要的無功功率是弓1前（正值）功率，如果電容C選得合適，令QC+QL=0，這時(shí)企業(yè)已不需向供電系統(tǒng)吸取無功功率，功率因數(shù)為1,達(dá)到最佳值。3-2.動態(tài)無功功率補(bǔ)償動態(tài)無功功率補(bǔ)償一般應(yīng)用于用電容量大、生產(chǎn)過程其負(fù)載急劇變化且具有重復(fù)沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動頻繁、急劇、幅值很大的動態(tài)無功功率，采用調(diào)相機(jī)或固定電容器進(jìn)行補(bǔ)償已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求，目前一般采用的新型動態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備是靜止無功補(bǔ)償器。它具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電網(wǎng)運(yùn)行性能、動態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。但最明顯的缺點(diǎn)是投資大、設(shè)備體積大、占地面積大。四、［實(shí)例］：改善功率因數(shù)在配電系統(tǒng)中的效率從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，由電源（發(fā)電機(jī)）供給無效電力甚為不利，所以在靠近負(fù)載的地方裝置電容器，供給無效電力是最經(jīng)濟(jì)而有效的方法，在配電系統(tǒng)里，幾乎都使用電力電容器來供給負(fù)載所需之無效電力，稱之為改善功率因數(shù)，其效率如下：（一）減少電力損失：一般工廠動力配線的電力損失約2.5%~7.5%，當(dāng)提高功率后，總電壓降低，可減少電力損失，亦相對可增加供電能力。減少電力之損失二原來損失量X【1-（原有功率因數(shù)/改善后功率因數(shù)）2】（二）改善供電品質(zhì)：提高功率因數(shù)可減少負(fù)載總電流及電壓降，加裝電容器后減少電壓降值二（未裝前線路電流-加裝后線路電流）x線路電阻。變壓器的二次側(cè)于裝設(shè)電容器上海交通大學(xué)基本電路理論課程教學(xué)小論文（2007-2008第一學(xué)期）后，可改善功率因數(shù)提高二次測電壓。Vc%二電容器容量（KVAR）/變壓器容量（KVA）x變壓器電抗（%）Vc二加裝電容器后升高之電壓（三） 增長設(shè)備之壽命：改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使以達(dá)到飽和之變壓器、開關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量，因此可減少溫升，增加使用壽命。（四） 節(jié)省電費(fèi)：電力公司為鼓勵(lì)用戶提高功率因數(shù)，在電價(jià)表中訂有功率因數(shù)折扣，電力用戶每月用電的功率因數(shù)以百分之八十為基準(zhǔn)，每低一個(gè)百分點(diǎn)，該月份電費(fèi)加收千分之3；每超過一個(gè)百分點(diǎn)，該月電費(fèi)減收千分之1.5。每月的平均功率因數(shù)則以該月份的有效電度(kWh)及無效電度(kVARh)計(jì)算之。平均功因二V(kWh)2(kVARh)2x100%功率因數(shù)無效電力電費(fèi)調(diào)整率功率因數(shù)無效電力電費(fèi)調(diào)整率功率因數(shù)無效電力電費(fèi)調(diào)整率有效電力有效電力有效電力701.03454+30850.63285-7.51000.10037-30.0691.06356+33840.65898-6.0990.17518-28.5681.09306+36830.68500-4.5980.22790-27.0671.12307+39820.71099-3.0970.27176-25.5661.15363+42810.73698-1.5960.31058-24.0651.18477+45800.76303-0950.34610-22.5641.21655+48790.78916+3940.37930-21.0631.24899+51780.81543+6930.41077-19.5621.28215+54770.84186+9920.44093-18.0611.31607+57760.86850+12910.47006-16.5601.35079+60750.89538+15900.49839-15.0591.38638+63740.92254+18890.52609-13.5581.42287+66730.94999+21