黎嵐

【摘要】提高功率因數(shù)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的電壓和降損都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。應(yīng)按照“全面規(guī)劃，合理布局，分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原理，進(jìn)行最經(jīng)濟(jì)最合理地配置和管理。從而取得最大經(jīng)濟(jì)效益。整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)要在搞好規(guī)劃，技術(shù)的前提下，才能提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和水平，才能更好地保證廣大用戶的用電質(zhì)量。本文主要介紹了功率因數(shù)的影響因素以及應(yīng)用，特別是無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù) 提高應(yīng)用

前言

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(lái)供給有功功率，以減少無(wú)功功率的消耗。用戶功率因數(shù)的高低，對(duì)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(duì)于全國(guó)廣大供電企業(yè)、特別是對(duì)現(xiàn)階段全國(guó)性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，若能有效的搞好無(wú)功補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，改善提高用戶功率因?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費(fèi)，其社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益都會(huì)是非常顯著的。

一、影響功率因數(shù)的主要因素

1、大量的電感性設(shè)備，如電力變壓器和異步電動(dòng)機(jī)等是影響功率因數(shù)，耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備變壓器功率損耗由變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗兩部分組成，空載損耗同負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)，而隨電壓的變化而變化。變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10％一15％，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的113。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(zhǎng)期處于低

負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功損耗包括兩部分：一部分是建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所需要的空載無(wú)功功率，約占電機(jī)額定無(wú)功功率的60％一70％，其大小主要與容量有關(guān)：另一部分是帶負(fù)荷時(shí)在繞組漏抗中消耗的無(wú)功功率，它與電動(dòng)機(jī)受載系數(shù)的平方成正比，負(fù)載率越小，功率因數(shù)越低。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。特別在農(nóng)村電網(wǎng)中，由于存在大量的小容量異步電動(dòng)機(jī)和小容量配電變壓器，在同樣的有功負(fù)荷下，無(wú)功負(fù)荷比較大，自然功率因數(shù)一般只能達(dá)到0．6—0．7。

2、電網(wǎng)電壓波動(dòng)過(guò)大也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響當(dāng)電網(wǎng)電壓高于額定值的10％時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)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(wú)功將增加35％左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)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(huì)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。

3、電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響。綜上所述，我們了解了影響電力系統(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、能夠使電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使配電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

二、提高自然功率因數(shù)的應(yīng)用

提高電網(wǎng)功率因數(shù)是涉及面很廣的系統(tǒng)工程，關(guān)鍵在于管理。在于各種制度的建立和落實(shí)上。供電企業(yè)首先要健全無(wú)功負(fù)荷管理體系，分級(jí)分層次地進(jìn)行管理。要建立各相應(yīng)的規(guī)章制度，并嚴(yán)格按制度開展工作。要開展無(wú)功負(fù)荷管理工作，在管理好有功負(fù)荷的同時(shí)，也要管理好無(wú)功負(fù)荷。

提高自然功率因數(shù)，是指不添置任何補(bǔ)償設(shè)備，僅靠采取技術(shù)改造和合理管理等措施，來(lái)減少對(duì)供電系統(tǒng)所需要的無(wú)功功率，它不需要增加設(shè)備的投資，是最經(jīng)濟(jì)有效的提高功率因數(shù)的方法。提高自然功率因數(shù)，首先應(yīng)明確企業(yè)中各用電設(shè)備的無(wú)功功率需要情況。從中找出無(wú)功功率的主要用途，然后抓住重點(diǎn)，采取措施加以解決。

2．1電動(dòng)機(jī)：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)一般是在0．7—0．9的范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷越低，其功率因數(shù)也越低。在功率及轉(zhuǎn)速相等的情況下又以密閉型和繞線型電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)為低。一般企業(yè)取自電力系統(tǒng)的全部無(wú)功功率中交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)占60％以上。

2．2變壓器：變壓器的勵(lì)磁功率是與負(fù)荷無(wú)關(guān)的無(wú)功功率。通常為變壓器額定容量的1-2％．變壓器的漏電電抗需要的無(wú)功功率卻是與變壓器負(fù)荷電流的平方成正比變化的，若變壓器輕載運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)荷率小于0．6，功率因數(shù)將顯著下降。

2．3變流設(shè)備：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。硅二極管和可控硅的應(yīng)用量增加。在二極管整流裝置中小型單相整流裝置的功率較低一般為COSφ=0．5，可控硅傳動(dòng)裝置的功率因數(shù)大約正比于直流輸出電壓與額定電壓的比值，所以當(dāng)負(fù)荷低時(shí)．功率因數(shù)也很低。

2．4電爐：除電阻爐的功率因數(shù)較高外。其它類型的電爐功率因數(shù)都較低。

2．5電焊機(jī)的功率因數(shù)COSφ=0．3—0．6。

根據(jù)上面所述，企業(yè)無(wú)功功率的主要用戶是感應(yīng)電動(dòng)和變壓器，其次是變流設(shè)備、電焊機(jī)及感應(yīng)電爐等，因此，提高企業(yè)自然功率因數(shù)的主要措施應(yīng)當(dāng)是：

(1)合理安排和調(diào)整工藝流程，改善電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，使電能得到充分利用。

(2)合理使用異步電動(dòng)機(jī)及變壓器，正確設(shè)計(jì)和選用變流裝置，限制電焊機(jī)和限制電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行。

(3)條件允許時(shí)，用同等容量的同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。

三、利用無(wú)功補(bǔ)償提高功率因數(shù)

無(wú)功補(bǔ)償裝置按延時(shí)時(shí)間分動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和靜態(tài)補(bǔ)償，具體選擇哪一種補(bǔ)償方式，還要依電網(wǎng)的狀況而定．首先對(duì)所補(bǔ)償?shù)木€路要有所了解，對(duì)于負(fù)荷較大且變化較快的工況，電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)的線路采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式，功率因數(shù)的改善效果明顯；對(duì)于負(fù)荷相對(duì)平穩(wěn)的線路應(yīng)采用靜態(tài)補(bǔ)償方式，也可使用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置；對(duì)于一些特殊的工作環(huán)境就要慎重選擇補(bǔ)償方式，尤其線路中含有瞬變高電壓、大電流沖擊的場(chǎng)合是不能采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)模话汶姾腹ぷ鲿r(shí)間均在幾秒鐘以上，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)也在幾秒鐘以上，而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間在幾十毫秒，按40 ms考慮則從40 ms到5 s之內(nèi)是一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置能完成這個(gè)過(guò)程．如果線路中沒(méi)有出現(xiàn)這么一段相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程且能量又有較大的變化，就稱為瞬變或閃變．對(duì)于瞬變或閃變線路，不能采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，否則可能引發(fā)事故。

配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償包括：變電所集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、桿上無(wú)功補(bǔ)償和用戶終端分散補(bǔ)償：下面簡(jiǎn)單介紹這各種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)和如何確定補(bǔ)償容量。

3．1變電所集中補(bǔ)償針對(duì)配電網(wǎng)的無(wú)功平衡，在變電所進(jìn)行集中補(bǔ)償，主要目的是就近向配電線路前段(靠近變電所的線路)輸送無(wú)功，改善配電網(wǎng)的功率因數(shù)，具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但這種補(bǔ)償方式對(duì)農(nóng)網(wǎng)有農(nóng)網(wǎng)季節(jié)性強(qiáng)，設(shè)備負(fù)荷率低，變電所無(wú)功補(bǔ)償容量難適應(yīng)季節(jié)性和晝夜大幅度變化的無(wú)功負(fù)荷的需要。補(bǔ)償容量通常按主變?nèi)萘康?5％一30％配備。

3．2 10kV配電線路集中和分散補(bǔ)償配電線路分散補(bǔ)償，是指把一定容量的高壓并聯(lián)電容器分散安裝在供電距離遠(yuǎn)、負(fù)荷重、功率因數(shù)低的10kV架空線路上，主要補(bǔ)償線路上感性電抗所消耗的無(wú)功功率和配電變壓器勵(lì)磁無(wú)功功率損耗，還可提高線路末端電壓。配電線路無(wú)功補(bǔ)償適用于線路主干線長(zhǎng)度超過(guò)10km、超過(guò)經(jīng)濟(jì)電流密度運(yùn)行的重負(fù)荷線路、電壓質(zhì)量差的線路。為防止輕載時(shí)向電網(wǎng)倒送無(wú)功，容量選擇以補(bǔ)償局部電網(wǎng)中配電變壓器的空載損耗總值為度。一般對(duì)于均勻分布無(wú)功負(fù)荷的配電線路，其補(bǔ)償容量和安裝位置按2n／2n+l(其中n為不小于1的整數(shù))規(guī)則，求得最優(yōu)補(bǔ)償方案?？紤]到無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行維護(hù)、補(bǔ)償效益及投資回收期限，沿線的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)以安裝一處為宜，最多不應(yīng)超過(guò)兩處，可以直接連接于主干線上和較大的分支線上，每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的容量不宜超

過(guò)100—150kvar。

3．3用戶分散補(bǔ)償目前我國(guó)城鎮(zhèn)低壓用戶的用電量大幅增長(zhǎng)，企業(yè)、廠礦、居民小區(qū)等對(duì)無(wú)功需求都很大，直接在用戶末端進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是最恰當(dāng)?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡(luò)的電壓水平。工廠、車間集中補(bǔ)償容量QC，可以按下式確定：

QC=Pav(tg?l—tg?2)

Pav——用戶最高負(fù)荷月平均有功功率，kW：

Tg?l——補(bǔ)償前功率因數(shù)角的正切值；

tg?2——補(bǔ)償?shù)揭?guī)定的功率因數(shù)角的正切值。

用戶終端分散補(bǔ)償方式更能體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：線損率可減少20％，可減少電壓損失，改善電壓質(zhì)量，進(jìn)行改善用電設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行條件；釋放系統(tǒng)能量，提高線路供電能力。補(bǔ)償時(shí)可根據(jù)配電變壓器低壓側(cè)最大需求來(lái)確定自動(dòng)分級(jí)無(wú)功補(bǔ)償裝置的最大容量。

3．4 10／0．4kV配電變壓器的隨機(jī)補(bǔ)償10／0．4kV配電變壓器的隨機(jī)補(bǔ)償是將低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置直接安裝在配電變壓器低壓側(cè)，與配電變壓器同時(shí)投切，用以補(bǔ)償配電變壓器自身勵(lì)磁無(wú)功功率損耗和感性用電設(shè)備的無(wú)功功率損耗。

據(jù)統(tǒng)計(jì)只要對(duì)每臺(tái)變壓器都進(jìn)行就地補(bǔ)償，就可以補(bǔ)償農(nóng)網(wǎng)總無(wú)功負(fù)荷的約50％，是目前補(bǔ)償無(wú)功最有效的手段之一。對(duì)100kVA及以上的配電變壓器宜采用自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠自動(dòng)進(jìn)行投切，還可以實(shí)現(xiàn)分相補(bǔ)償，補(bǔ)償容量可以按配變無(wú)功損耗的1．5—1．8倍估算。

結(jié)語(yǔ)

功率因數(shù)是電網(wǎng)運(yùn)行中的重要指標(biāo)之一。提高功率因數(shù)，降低線損，降低成本是提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施，分析清楚電網(wǎng)功率因數(shù)，減少無(wú)功負(fù)荷，降低線損，采取必要的管理措施和技術(shù)手段，以提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡敏．《電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式的探討》[J]．華中電力，2004(2)：23．

[2]《進(jìn)網(wǎng)電工教材下冊(cè)》，遼寧科學(xué)技術(shù)出版社．

[3]《功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)》·江西科學(xué)技術(shù)出版社·