王漢生

（SM廣場（天津）有限公司，天津300308）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平有了顯著的提高，對電力的要求也越來越高，對于供電企業(yè)及鄉(xiāng)村電網(wǎng)而言，如果合理開展低壓補償工作，不僅可以緩解上級電網(wǎng)補償過程中產(chǎn)生的壓力，使用戶實際的功率因數(shù)得到有效的改善，還可以有效控制電能中的損失，從而減少用戶的電費支出，節(jié)約能源。在實際應(yīng)用過程中，低壓補償工作具有十分顯著的經(jīng)濟效益及社會效益，因此具有非常廣闊的發(fā)展空間。在電力系統(tǒng)的運行過程中，功率因數(shù)越大表明電網(wǎng)的效率越高，無用功的功率就小，從而可減少電能的損耗。如今，大多數(shù)供電企業(yè)對改善功率因數(shù)的課題都高度重視，但仍存在諸多問題和不足，因此，行之有效的功率因數(shù)改善方法逐漸成為人們關(guān)注的焦點。

1 電力系統(tǒng)與功率因數(shù)之間的關(guān)系及影響

功率因數(shù)是指在交流電中電壓、電流之間存在的一定相位差，通常用符號φ表示，該相位差的余弦值就是所說的功率因數(shù)，數(shù)學(xué)表達式為cosφ，從數(shù)據(jù)的角度上解釋，功率因數(shù)實際上就是有功功率與視在功率（電壓與電流的直接乘積）的比值，數(shù)學(xué)表達式為cosφ＝P／S。在電力系統(tǒng)中，功率因數(shù)是必不可少的指標性數(shù)據(jù)，也是衡量相應(yīng)電氣設(shè)備總體效率的重要依據(jù)。如果電力系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，表明電路中的無功功率過大，電氣設(shè)備的利用率達不到標準的要求，增加了供電線路的損耗。造成功率因數(shù)低的主要原因是在電力系統(tǒng)中，不可避免地存在一些電感性負載。對于工業(yè)企業(yè)的供電用戶而言，許多用電設(shè)備都存在一定的電感性，比如電焊機、架空線路等，這些電氣設(shè)備的功率因數(shù)數(shù)值都在1以內(nèi)，如果設(shè)備處于輕載工況，對應(yīng)的功率因數(shù)會更低。因此，對無功功率進行有效補償，是提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的主要手段。

2 影響功率因數(shù)的原因

2.1 電感性電氣設(shè)備多

在工業(yè)企業(yè)中，存在大量的電感性電氣設(shè)備，這些電氣設(shè)備都具有一個相同的特點，就是需要消耗大量的無功功率。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計得知，三相交流異步電動機消耗的無功功率是最多的，占總量的60%左右，尤其當電動機處在空載工況時，無功功率的消耗量占電動機無功總量的70%左右。因此，在實際中，需要避免電動機在空載條件下運行，并采取相關(guān)措施有效提高電動機的負載率，從而增加電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2.2 變壓器低負載或空載運行

通常情況下，變壓器在正常條件下運行時，會消耗總量10%左右的無功功率，如果變壓器空載，無功功率的消耗值會上升到總量的30%。因此，在工業(yè)企業(yè)中，與電動機相同，應(yīng)避免變壓器在空載條件下運行，并采取有效措施提高變壓器的負載率，從而提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2.3 供電電壓過大

如果電力系統(tǒng)的供電電壓過大，并超出限度，也會對功率因數(shù)造成一定的影響。若供電電壓超出限度10%，無功功率受到磁路的過飽和影響而出現(xiàn)快速增長，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計得知，此時的無功功率會增加35%。如果能夠有效減少供電電壓，相應(yīng)的無功功率也會得到顯著降低，電力系統(tǒng)的功率因數(shù)會因此而增加。但這種改善方法并不切合實際，因為供電電壓低于額定值會對電氣設(shè)備造成一定影響。因此，使供電電壓長期處于穩(wěn)定的狀態(tài)，是改善電力系統(tǒng)功率因數(shù)的主要手段。

3 改善電力系統(tǒng)功率因數(shù)的方法

3.1 無功功率補償

3.1.1 低壓個別型補償法

低壓個別型補償法的實施，需要掌握個別用電設(shè)備的無功功率需求量，并結(jié)合實際所需確定低壓電容器的數(shù)量，最后將低壓電容器連接到用電設(shè)備中。在控制裝置的支持下，可進行電機投切。這種無功功率補償法適合容量較大且需要不間斷運行的設(shè)備，比如工業(yè)企業(yè)內(nèi)的大型電動機，通常情況下會將勵磁無功作為補償?shù)闹黧w。低壓個別型補償法具有成本低、占地面積小、便于安裝維修等特點，如果用電設(shè)備停止運行，無功補償也會立即停止，不會發(fā)生無功倒送的現(xiàn)象。

3.1.2 低壓集中型補償法

低壓集中型補償法的實施，需要在變壓器的低壓母線位置安裝一定數(shù)量的低壓電容器，安裝需要在低壓開關(guān)上進行，將無功功率補償?shù)耐肚醒b置當作用電設(shè)備的控制裝置，根據(jù)變壓器母線上實際負荷的變化起到控制電容器投切的作用。一般情況而言，電容器投切的過程無法進行調(diào)節(jié)。低壓集中型補償法具有接線便利、實時性強、便于維護等特點，另外由于這種方法具有更高的經(jīng)濟性，因此該方法的應(yīng)用范圍十分廣泛。

3.1.3 高壓集中型補償法

高壓集中型補償法的實施，需要在高壓母線上安裝并聯(lián)形式的電容器組，從而實現(xiàn)無功功率補償。這種方法適合應(yīng)用在與用戶距離較遠的變電站中，如果用戶本身存在較高的負荷，就會使無功消耗得到相應(yīng)的減少，從而起到無功補償?shù)淖饔谩o功補償裝置結(jié)合用戶端實際負荷的大小進行自行投切，完成提高功率因數(shù)的最終目的，為用戶節(jié)省用電費用。高壓集中型補償法具有便于維護、效率明顯等特點。

3.2 提升自然功率因數(shù)的方法

提升自然功率因數(shù)不僅可以大幅降低電力系統(tǒng)中無功功率的消耗，還可節(jié)省補償設(shè)備的成本投資。為了使企業(yè)達到更高的功率因數(shù)，需要加大企業(yè)內(nèi)部的管理力度、完善管理措施。對于一般的工業(yè)企業(yè)而言，提升自然功率因數(shù)的方法可歸納為4個方面：（1）按照規(guī)范的要求合理使用各類電動機。（2）完善各類電動機的保養(yǎng)和檢修制度。（3）開辟更多同步電動機的使用條件和環(huán)境，同步電動機在運行過程中會根據(jù)負載的大小確定有功功率的消耗量，無功功率的消耗量則根據(jù)轉(zhuǎn)子的實際勵磁電流而確定，如果電動機處于欠勵狀態(tài)，便需消耗一定量的無功功率；相反電動機處于過勵狀態(tài)時，便會向電力系統(tǒng)提供一定量的無功功率，因此將同步電動機作為不間斷運行設(shè)備的動力來源可顯著提高功率因數(shù)。（4）根據(jù)實際所需，選擇并使用容量合理的變壓器設(shè)備，并對其運行方式進行針對性的改進，對于負載率較低的變壓器而言，通常運用更換、并接、停止等改進方式來提高變壓器的實際負載率，最終改善自然功率因數(shù)。

4 結(jié)語

總之，對于電力系統(tǒng)而言，功率因數(shù)的改變可對系統(tǒng)總體的有功功率及設(shè)備的利用率產(chǎn)生不同程度的影響。如果功率因數(shù)的改變程度較大，還會影響到供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。因此，采用合理的措施改善功率因數(shù)對于電力系統(tǒng)而言具有很高的實際價值。在人們對電力要求不斷提高的影響下，功率因數(shù)將成為衡量電力企業(yè)整體水平的關(guān)鍵指標。因此，在改善功率因數(shù)方面還需要電力企業(yè)注入更多的新鮮血液，優(yōu)化傳統(tǒng)的改善方法，并提出新穎的技術(shù)手段，以適應(yīng)電力系統(tǒng)的高速發(fā)展。相信通過不斷的努力，我國電力系統(tǒng)功能因數(shù)的總體水平會上升到新的高度。

［1］邱關(guān)源.電路［M］.第5版.北京：高等教育出版社，2006

［2］蘇文成，金子康.無功補償與電力電子技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1989

［3］陳榮.無功就地補償及其效益［J］.江蘇電機工程，1992（4）