云南文山电力股份有限公司 云南文山 663000
摘要：对广大供电企业来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压质量，关系到节约用电和整个供电区域的供电质量。因此，提高电力系统的功率因数，已成为电力企业中一个重要课题，而提高电力系统的功率因数，首先就要提高各用户的功率因数。文中探讨了影响电网功率因数的主要因素以及提高电力系统功率因数的一般方法。
关键词：功率因数；影响因素；补偿方法；容量确定
企业中的许多用电设备，如配电变压器、异步电动机、交流电焊机等，均是根据电磁感应原理工作的，它们都是依靠磁场来进行能量的转换和传递。在交流电路中，这些用电设备作为负荷，由电源供给负荷的总功率称为视在功率。视在功率分为两部分：一部分是保证用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为机械能、化学能、光能、热能等其他形式能量的电功率，称为有功功率；另一部分为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率，称为无功功率，在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。
一、功率因素
有功功率是视在功率的一部分，有功功率P在视在功率S中所占的比重，称为功率因数COSφ，其计算公式为：
COSφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于广大供电企业、特别是对改造后的农村电网来说，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。
二、影响功率因数的主要因素
1、电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备
大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
2、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响
当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
3、电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响
三、企业提高功率因数的方法
提高企业功率因数的主要方法是在提高自然功率因数的基础上，进行无功补偿，以减少用电设备所需的无功功率。
1、提高系统自然功率因数
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。其具体方法如下：
（1）合理选用电动机
合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行。在选择电动机时，既要注意它们的机械特性，又要考虑它们的电气指标。举例说，三相异步电动机（100KW）在空载时功率因数仅为0.11，1/2负载时约为0.72，而满负载时可达0.86。所以核算负荷小于40%的感应电动机，应换以较小容量的电动机，并合理安排和调整工艺流程，改善运行方式，限制空载运转。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确合理的选择电动机的容量。
（2）提高异步电动机的检修质量
实验表明，异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动是对异步电动机无功功率的大小有很大影响。因此检修时要特别注意不使电动机的气隙增大，以免使功率因数降低。
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（3）采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿
由电机原理可知，同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，只要调节电机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行状态，这就是“异步电动机同步化”。因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态，即可以向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。
（4）正确选择变压器容量提高运行效益
对于负载率比较低的变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。如：对平均负荷小于30%的变压器宜从电网上断开，通过联络线提高负荷率。
2、功率因数的人工补偿
功率因数是工厂电气设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标，也是保证电网安全、经济运行的一项主要指标。当采取提高自然功率因数的方法无法满足要求时，则可以通过采用功率因数人工补偿法来解决，但这个方法需要一定的投资，增加产生无功功率的补偿设备，如同步调相机、并联电容器、静止补偿装置等。
并联电容器又称移相电容器，是一种专门用来改善功率因数的电力电容器。和其他补偿装置相比，并联电容器无旋转部分，具有安装、运行维护方便，有功损耗小，约为0.3%--0.5%，以及组装增容灵活，扩建方便、安全，投资少等优点，所以在一般工矿企业中应用最为普遍。缺点是损坏后不便修复，从电网切除后存在危险的残余电压，但可以通过放电消除，因此不影响其广泛应用。
（1）电容器补偿容量的确定
电力电容器的补偿容量Qc可按下式计算：
Qc=α·Pjs（tgφ1-tgφ2）
式中
Pjs——最大有功计算负荷，KW
tgφ1、tgφ2——补偿前、后功率因数角的正切值
α——平均负荷系数，一般取0.7～1，视Pjs的计算情况而定。如果在计算时已采用了较小系数值，α可取1。
某些已进行生产的工矿企业，可由下式确定其有功电能消耗量：
Ap=Pjs·Tmax·p （KW·H）
式中
Ap——有功电能消耗量
Pjs——有功计算负荷
Tmax·p——最大有功计算负荷年利用小时数
（2）并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求
Ue·c≥Ug·c
nQg·c≥Qc
式中
Ue·c——电容器的额定电压（KV）
Ug·c——电容器的工作电压（KV）
n——并联的电容器总数
Qg·c——电容器的工作容量（Kvar）
Qc——电容器的补偿容量（Kvar）
结束语：
文中浅析了功率因数对广大供电企业的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素以及提高功率因数的一般方法。
参考文献：
[1]《用电管理》，王孔良等编，中国电力出版社
[2] 靳龙章 丁毓山，电网无功补偿实用技术、中国水利水电出版社
论文作者:杨艳
论文发表刊物:《基层建设》2016年20期
论文发表时间:2016/12/12
标签：功率因数论文; 功率论文; 电网论文; 电容器论文; 电压论文; 电动机论文; 异步电动机论文; 《基层建设》2016年20期论文;