工厂供配电系统功率因素的提高

工厂供配电系统功率因数的提高

内容提要：本文简述了提高电路功率因数的意义,分析了造成电路功率因数低的原因，介绍了提高功率因数的基本方法。

关键词：功率因数；有功功率；感性负载；电容器 Abstract：This paper described the importance of improving power factor in the circuit and analyzed the reason of low power factor in the circuit. The basic ways of improving power factor was introduced as well.

Keywords：Power factor; active power; inductive load; capacitor

引言：供配电系统是提供电力服务、保证供电质量的主要系统，但是随着用电量的不断增大，电量损耗越来越严重，已严重威胁了供配电系统的供电质量，因此，工厂供配电系统工作人员必须加强对供配电系统功率因数的研究，降低线路中的电压、电流损耗，从而达到提高用电质量的目的。下面就结合本公司对影响工厂供配电系统功率因素的因数进行分析，并提出切实可行的改善措施。 一、提高工厂供配电系统功率因数的意义

功率因数，即有用功率与无用功率的比值，供配电系统功率因素的高低决定着工厂供电的质量，提高工厂供配电系统功率因数有着重要的作用，比如：

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1、提高功率因数能提高线路或设备输送有功功率的能力，从而可减少发供电设备的装机容量和投资；

2、工厂用电功率因数的提高，能够降低线路、电网传输中的电能损耗，使用户的用电质量得到提高；

3、功率因数提高后，当电力系统输送的有功功率和电压不变时，供电线路和变压器的损耗有所降低；

4、对用户来说，由于供电部门对用户实行按功率因数调整电费的办法，当功率因数高于其规定标准的，电业部门给予奖励，减收电费；低于规定标准的予以罚款，加收电费。所以提高功率因数可减少企业电费开支，降低产品成本。 二、工厂降低用电功率因数的主要因素

1、大量的电感性设备，如变压器、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；

2、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；

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3、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。 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；

4、气体放电灯的使用。大量的日光灯、汞灯在工业及办公照明中越来越广泛地应用,而此类照明灯具却是以低功率因数运行的。

三、提高工厂供配电系统功率因数的措施 （一）提高供配电系统感性负荷自然功率因素

1、 正确选用异步电动机的型号与容量。据有关资料介 绍,我国中小型异步电动机的用电负荷约占电网总负荷的 80 %以上。因此做好电动机的降损节能具有十分重要的经济意义。首先合理匹配异步电动机的容量与负责的关系，异步电动机的功率因数与负载密不可分，在额定负载时功率因数在0.8 以上，而在空载时功率因数仅为0.2～0.3。电动机负载率与功率因数的关系见下表。

表1 【1】

负载率 cosφ

0 0.2 0.25 0.5 3

0.5 0.77 0.75 0.85 1 0.88

其次在选型方面,要注意选用节能型,效率和功率因数较高的电动机。

2、根据负荷选用相匹配的变压器。电力变压器一次侧功率因数不但与负荷的功率因数有关,而且与负荷率有关。若变压器满载运行,一次侧功率因数仅比二次侧降低约3 ～5%；若变压器轻载运行,当负荷小于0.6 时,一次侧功率因数就显著下降,下降达11～18 %,所以电力变压器的负荷率在0.6 以上运行时才较经济,一般应在60%～70%比较合适。为了充分利用设备和提高功率因数,电力变压器一般不宜轻载运行。当电力变压器负荷率小于30 %时,应当更换成容量较小的变压器。

3、对于频繁启动、低转速运行的异步电动机加装变频装置，异步电机在启动时，转差率S接近1时，转差大时，无功率大，功率因数低；异步电机在额定运行时，转差率S接近0时，转差小时，无功率小，功率因数高；而变频器在启动电机时，输出频率低，就可以保证异步电机转差在额定转差范围内，所以保证电机始终工作在高功率因数状态。 （二）提高供配电系统无功补偿功率因数 1.利用同步电动机进行无功功率补偿

同步电动机在过励磁方式运行(0. 8 ～ 0. 9 超前) 时,就向电力系统输送无功功率,提高了工业企业的功率因数。

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但是同步电动机结构复杂,并且附有一套启动控制设备,维护工作量大,价格较异步电动机贵。 2．利用并联电容器进行无用功率补偿

并联电容器是一种专门进行无用功率补偿的电容器，它具有功率损耗小、安装简单、维护方便等多种优点，是当前无用功率补偿的主要电力电容器，且大都采用△形接线，能够有效提高补偿容量。并联电容器的补偿方法主要有高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿及个别补偿四种。 (1)高压集中补偿

高压集中补偿是将并联电容器集中安装在高压母线上的一种补偿方法，它能够有效补偿高压母线前的所有无用功率，但对高压母线后的无用功率却无法补偿，因此，它的使用还存在一定的局限性，只适合大中型工厂使用。 (2)低压集中补偿

低压集中补偿是将并联电容器集中安装在低压母线上的一种补偿方法，它能够有效补偿低压母线前后的无用功率，是小型工厂比较实用的一种补偿方式，目前我厂采用的是电容容量为1800Kvar的低压集中补偿，其中，电动机采用的是鼠笼式发动机，运行容量大约为1700KW,变压器容量为2500KVA，运行电流控制在2700A左右，且低压集中补偿采用自动和手动两种补偿方式，自动补偿一般电容投入在800Kvar，功率因数运行在0.97。低压集中补偿方式的并联

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电容器容量计算方法如下：

11QP1122coscos12 【2】

其中：Q—补偿容量，Kvar； P—企业计算有功功率，KW；

cosφ1、cosφ2—补偿前后计算负荷功率因数角的余弦值。 (3)低压分散补偿

低压分散补偿即是将并联电容器分散安装在用电负荷周围的补偿方式，它能够有效减少供电线路上的无用功率，降低电能的损耗。补偿容量计算公式如下：

QC=αn·Ps·(tgφ1-tgφ2)=αn·Ps·qc

式中，tgφ1为补偿前的平均自然功率因素的正切值，tgφ2为补偿后的平均自然功率因素的正切值，αn为平均有功负荷系数，qc为无功功率补偿率。 (4)个别补偿

个别补偿就是针对性的对能耗较高的设备进行无用功率补偿的补偿方式，它的补偿具有明确的针对性，补偿效果非常显著，但费用也较高，且当此设备停止使用时，补偿电容器也要进行相应的清除，导致补偿电容器的利用率较低。 结束语：

总而言之，供配电系统的功率因素与贡献质量有着密切的关系，因此，工厂必须通过有效方法提高功率因素，增强

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用电质量，从而推动电力系统的发展,但在补偿功率同时，也要精确计算功率补偿因素，防止其出现过度补偿，导致供配电系统呈现容性负载，造成电压过高以及电能的过度消耗，对供电质量造成威胁。

参考文献：

【1】 崔洁玲 《浅析提高功率因数的意义和方法》《科技创新导报》2009 No.07 【2】黄伟国 《提高功率因数的意义和方法》《广东石油化工专科学校学报》1995

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