牛均蓮

【摘 要】當(dāng)前，我國電力事業(yè)取得了巨大的發(fā)展成就。同時，電力系統(tǒng)日益重視提高供電質(zhì)量，并增強(qiáng)供電可靠性。對電力網(wǎng)中功率因數(shù)進(jìn)行提高，能促進(jìn)輸配電線路增強(qiáng)其供電能力，并實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)損的有效降低。本文簡述了提高電力網(wǎng)功率因數(shù)的意義，淺析了電力網(wǎng)功率因數(shù)的主要影響因素，探究了提高電力網(wǎng)功率因數(shù)的方法，以期為電力網(wǎng)功率因數(shù)的提高提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】電力網(wǎng);功率因數(shù);提高

中圖分類號： TM714.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）14-0044-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.020

Discussion on the Improvement of Power Factor in Electric Power Network

NIU Jun-lian

（Chongqing Electric Power College，Chongqing 400053，China）

【Abstract】At present，China's electric power industry has made tremendous achievements in development.At the same time，the power system pays more and more attention to improving the quality of power supply and enhancing the reliability of power supply.Improving the power factor in the power network can promote the transmission and distribution lines to enhance their power supply capacity，and achieve an effective reduction of network losses.This paper briefly describes the significance of improving power factor of power network，analyses the main influencing factors of power factor of power network，and explores the methods of improving power factor of power network，in order to provide reference for improving power factor of power network.

【Key words】Power network;Power factor;Improvement

0 前言

近年來，社會用電需求量日益增加。在傳輸電能的過程中，極易產(chǎn)生電能損耗。對此，電力企業(yè)要采取有效措施地對電力網(wǎng)功率因數(shù)進(jìn)行提高，促進(jìn)電能電壓實(shí)際質(zhì)量實(shí)現(xiàn)有效提高，并實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)損耗的有效降低，有效增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，最終增強(qiáng)自身的經(jīng)濟(jì)效益。要明確電力網(wǎng)功率因數(shù)的主要影響因素，并立足于實(shí)踐，積極探究有效方法提高電力網(wǎng)功率因數(shù)。

1 提高電力網(wǎng)功率因數(shù)的意義

在交流電路中，功率因數(shù)是電壓與電流之間相位差？漬的余弦（cos？漬）;在數(shù)值上，功率因素是有功功率和視在功率的比值，即cos？漬=P/S[1]。

當(dāng)電力網(wǎng)功率因數(shù)過低時，電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)需對無功功率進(jìn)行多發(fā)，才能實(shí)現(xiàn)功率平衡，會對有功功率輸出產(chǎn)生直接影響，缺乏良好的經(jīng)濟(jì)性，且會加劇線路損耗[2]。對電力網(wǎng)功率因數(shù)進(jìn)行提高，能減少無功功率在遠(yuǎn)距離輸送過程中產(chǎn)生的功率損失。線路輸送的無功功率越多，則產(chǎn)生的電壓損失越多。對電力網(wǎng)功率因數(shù)進(jìn)行提高，能實(shí)現(xiàn)對電壓損耗的有效減少，并有效提高電壓質(zhì)量。電力企業(yè)對電力網(wǎng)功率因數(shù)進(jìn)行提高，能對投資進(jìn)行有效減少，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)成本的有效降低，能促進(jìn)設(shè)備實(shí)際利用率實(shí)現(xiàn)大幅度提高，并實(shí)現(xiàn)對設(shè)備潛力的充分發(fā)揮。還能為設(shè)備創(chuàng)設(shè)良好的運(yùn)行條件，有效實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2 電力網(wǎng)功率因數(shù)的主要影響因素

配電網(wǎng)涉及的各類電氣設(shè)備，諸如變壓器、日光燈、電動機(jī)、鈉燈、電焊機(jī)等投入運(yùn)行后，將從電力網(wǎng)中對有功功率進(jìn)行吸收以實(shí)現(xiàn)有效做功，還會對無功功率進(jìn)行吸收，并形成相應(yīng)磁場，這就造成自然功率因數(shù)相對較低，難以充分利用電網(wǎng)能量，且會增大電能損耗[3]。電力網(wǎng)功率因數(shù)的主要影響因素如下：

1）異步電動機(jī)

在電網(wǎng)中，動力負(fù)荷多數(shù)為異步電動機(jī)。異步電動機(jī)所消耗的無功功率主要包括兩部分，一是空載狀態(tài)下相應(yīng)的無功功率，一是一定負(fù)載狀態(tài)下，無功功率相應(yīng)的增加值，可從兩方面對異步電動機(jī)相應(yīng)的功率因數(shù)進(jìn)行提高：（1）盡量避免異步電動機(jī)保持空載運(yùn)行;（2）盡量對負(fù)載率進(jìn)行提高。在對異步電動機(jī)進(jìn)行選擇時，要充分考慮其機(jī)械性能，并兼顧其電氣指標(biāo)，對異步電動機(jī)的規(guī)格、型號以及容量進(jìn)行合理選擇，防止異步電動機(jī)長期保持輕載運(yùn)行。

2）電力變壓器

變電器在實(shí)施變電壓，或者對磁場進(jìn)行構(gòu)建并維持實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的具體過程中，需對無功功率進(jìn)行消耗。在空載狀態(tài)下，變壓器對無功功率的消耗量在消耗總量中占據(jù)的比例較大。對此，要對變壓器處于空載狀態(tài)時產(chǎn)生的無功損耗進(jìn)行有效降低，防止變壓器長期保持空載運(yùn)行或者低負(fù)載運(yùn)行。

3）整流裝置

整流系統(tǒng)相應(yīng)的網(wǎng)側(cè)電流并不屬于標(biāo)準(zhǔn)正弦波，整流變壓器將基波電流向電網(wǎng)進(jìn)行輸送時，還會將諧波電流輸送至電網(wǎng)，嚴(yán)重運(yùn)行并聯(lián)電容的實(shí)際運(yùn)行。

4）供電電壓

供電電壓超出10%的額定值時，在磁路飽和造成的影響下，異步電動機(jī)以及變壓器等設(shè)備會增大其無功功率。當(dāng)供電電壓比額定值低時，將減小其無功功率。此時，功率因數(shù)會出現(xiàn)一定程度的提升，但電壓出現(xiàn)降低，將導(dǎo)致電氣設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)良好的正常運(yùn)行。對此，要確保電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定的電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)的有效提高。

3 提高電力網(wǎng)功率因數(shù)的方法

3.1 提高自然功率因素

提高自然功率因數(shù)，是指不對補(bǔ)償裝置進(jìn)行采用的情況下，通過對電力系統(tǒng)進(jìn)行合理管理，實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)的有效提高。此類方法無需耗費(fèi)額外支出，若難以取得明顯效果，可借助補(bǔ)償裝置對功率因數(shù)進(jìn)行提高。

1）對異步電動機(jī)的具體型號以及實(shí)際容量進(jìn)行正確選用

在用電終端設(shè)備中，異步電動機(jī)極為常見。大型機(jī)械在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用較多，會對功率因數(shù)產(chǎn)生重要影響。對此，要對異步電動機(jī)進(jìn)行正確選用，促進(jìn)對自然功率因數(shù)的有效提高。對異步電動機(jī)進(jìn)行選擇，要將各項生產(chǎn)需求作為依據(jù)，對異步電動機(jī)的具體型號和實(shí)際容量進(jìn)行合理選擇，要確保異步電動機(jī)保持高效運(yùn)行，并對其負(fù)載率進(jìn)行提高，增強(qiáng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[4]。當(dāng)條件允許時，可對同步電動機(jī)進(jìn)行采用，實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的有效代替，借助同步電動機(jī)過激磁時超前的功率因素，對功率因數(shù)進(jìn)行提供。另外，要強(qiáng)化對電動機(jī)的日常維護(hù)和定期檢修，促進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行效率實(shí)現(xiàn)大幅度提高，并有效保障其運(yùn)行質(zhì)量，促進(jìn)功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)大幅度提高。

2）對變壓器進(jìn)行合理選用

變壓器實(shí)際運(yùn)行狀況也會對功率因數(shù)產(chǎn)生重要影響。要將單位電網(wǎng)呈現(xiàn)出的運(yùn)行狀態(tài)作為依據(jù)，對變壓器進(jìn)行合理選用。當(dāng)變壓器保持60%到70%的負(fù)荷率時，變壓器呈現(xiàn)出的運(yùn)行狀態(tài)最佳，且具有較高的經(jīng)濟(jì)性和較大的功率因數(shù)。當(dāng)變壓器負(fù)荷率超過30%時，可加強(qiáng)技術(shù)因素與經(jīng)濟(jì)因素的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對變壓器的合理更換。當(dāng)變壓器負(fù)荷率在30%以下時，具有較低的功率因數(shù)，極易增加電能損耗，要兼顧經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素，對容量相同的變壓器進(jìn)行合理更換，促進(jìn)負(fù)荷率的有效提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)的提高，并促進(jìn)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行效率實(shí)現(xiàn)大幅度提高，并實(shí)現(xiàn)對能源損耗的有效降低[5]。

3）對工藝流程進(jìn)行合理調(diào)整

要將電力系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)作為依據(jù)，并結(jié)合生產(chǎn)需求，對工藝流程進(jìn)行合理制定，有效增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，避免機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)空載運(yùn)行，還能對空載自動延時斷電裝置進(jìn)行安裝，有效實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.2 人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)

1）電容器無功補(bǔ)償

借助人工補(bǔ)償對功率因數(shù)進(jìn)行提高，主要是將電力電容器并聯(lián)于負(fù)載兩端。對于較多的感性負(fù)載，可將電力電容器并聯(lián)于負(fù)載兩端，能實(shí)現(xiàn)對線路總電壓以及線路總電流存在的相位差進(jìn)行有效減小，進(jìn)而促進(jìn)功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)提高。其原理如下圖1所示：

圖1 并聯(lián)電力電容器提高功率因數(shù)原理

在負(fù)載兩端，對電力電容器進(jìn)行并聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)對負(fù)載相應(yīng)的功率因數(shù)角的有效減小，并實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)的增大。

另外，還能對各類人工補(bǔ)償裝置，諸如同步調(diào)相機(jī)、進(jìn)相機(jī)以及可控硅靜止無功補(bǔ)償器等進(jìn)行使用，促進(jìn)對功率因數(shù)的有效提高。當(dāng)前，將裝置裝設(shè)地點(diǎn)作為依據(jù)，可分為如下三種補(bǔ)償方式：一，高壓集中補(bǔ)償。此類補(bǔ)償方式，是在地面交配電所相應(yīng)的6kV到10kV母線上，集中裝設(shè)電力電容器組，通常會對電容器室進(jìn)行專門設(shè)置，并保持良好的通風(fēng)，并對可靠性較強(qiáng)的放電設(shè)備進(jìn)行配備。該方式僅能對6kV到10kV的母線前線路相應(yīng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而無法對6kV到10kV母線后相應(yīng)的電網(wǎng)用戶進(jìn)行補(bǔ)償，難以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。二，低壓成組補(bǔ)償。此類補(bǔ)償方式，是在車間變壓器相應(yīng)的低壓母線上裝設(shè)電力電容器組或者無功補(bǔ)償裝置。該補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)對低壓母線前相應(yīng)的主變壓器以及高壓配電線前相應(yīng)線路和用戶的有效補(bǔ)償，具有較大的補(bǔ)償范圍，能實(shí)現(xiàn)對變壓器相應(yīng)的視在功率的有效減小，并對小容量的變壓器進(jìn)行選擇，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性;在變電所相應(yīng)的低壓配電室對相關(guān)裝置進(jìn)行安裝，便于實(shí)施運(yùn)行維護(hù)，在無功補(bǔ)償中占據(jù)著重要地位[6]。三，分散就地補(bǔ)償。此類補(bǔ)償方式在用電設(shè)備周圍分散地對移相電容器進(jìn)行裝設(shè)。此類補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)對電容器具體安裝地點(diǎn)前全部高低壓線路以及變電所相應(yīng)的主變壓器的有效補(bǔ)償，具有最大的補(bǔ)償范圍，且具有良好的補(bǔ)償效果。但是該補(bǔ)償方式耗費(fèi)較大的設(shè)備投資，缺乏良好的經(jīng)濟(jì)性，相關(guān)用電設(shè)備工作暫停時，一并將電容器切斷，利用率相對較低。

2）同步電動機(jī)補(bǔ)償

功率因數(shù)涉及的人工補(bǔ)償裝置，主要包括兩類：一，同步補(bǔ)償機(jī)，是指保持無載運(yùn)行狀態(tài)的同步電動機(jī)，可將其視為無功功率發(fā)電機(jī)。同步補(bǔ)償機(jī)不僅能實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)的提高，還能實(shí)現(xiàn)對輸電線路實(shí)際電壓的有效調(diào)節(jié)。同步補(bǔ)償機(jī)具有如下特點(diǎn)：補(bǔ)償工作處于過激狀態(tài)下，具有較大的激磁電流，補(bǔ)償機(jī)本身會產(chǎn)生較大損耗;不會對機(jī)械負(fù)荷進(jìn)行直接拖動，相對于同步電機(jī)，起動較為容易;相對于并聯(lián)電容器等補(bǔ)償裝置具有較高的造價，且設(shè)置有旋轉(zhuǎn)部分，維修呈現(xiàn)出較強(qiáng)的復(fù)雜性[7]。二，靜止補(bǔ)償器，是指借助電容器以及各類電抗器，實(shí)施無功靜止補(bǔ)償?shù)南鄳?yīng)裝置，能為電網(wǎng)有效提供容性無功功率以及感性無功功率。靜止無功補(bǔ)償裝置，主要通過無機(jī)械傳動部件對無功出力進(jìn)行提供，主要構(gòu)成部件包括晶匣管以及靜電電容器。

對補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行選擇，不僅要對安全性進(jìn)行充分考慮，還要結(jié)合實(shí)際情況，對無功功率自動補(bǔ)償控制器進(jìn)行合理選擇，并對投入門限、過壓門限、投入延時、過壓延時、切除延時以及欠流切除等各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)變化的自動跟蹤，并對電容器組進(jìn)行合理選擇，對于超前功率因數(shù)，可將已投電容快速切除。通過對補(bǔ)償方式的合理組合，能實(shí)現(xiàn)對功率因數(shù)的最大化提升，并促進(jìn)電力企業(yè)增強(qiáng)其經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

綜上所述，提高電力網(wǎng)功率因數(shù)，能有效降低電網(wǎng)損耗，增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。電力網(wǎng)功率因數(shù)的主要影響因素包括異步電動機(jī)、電力變壓器、整流裝置、供電電壓等。提高電力網(wǎng)功率因數(shù)的方法主要包括兩類，一類是提高自然功率因數(shù)，包括對異步電動機(jī)的具體型號以及實(shí)際容量進(jìn)行正確選用、對變壓器進(jìn)行合理選用、對工藝流程進(jìn)行合理調(diào)整。一類是人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)，包括電容器無功補(bǔ)償、同步電動機(jī)補(bǔ)償。

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