功率因數(shù)的提高及其效果綜述

1、功率因數(shù)的提高及其效果在供電過(guò)程中， 用戶(hù)功率因數(shù)的高低， 直接關(guān)系到電力網(wǎng)中的功 率損耗和電能損耗， 關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動(dòng)， 而且關(guān) 系到節(jié)約電能和整個(gè)供電區(qū)域的供電質(zhì)量。 對(duì)廣大廠礦企業(yè)來(lái)說(shuō)， 功 率因數(shù)的高低是關(guān)系到電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要問(wèn) 題，應(yīng)予以充分重視。 本文集中討論了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的幾個(gè) 重要因素，提出了相應(yīng)的解決措施，并結(jié)合我礦的實(shí)際情況， 對(duì)利用 并聯(lián)移相電容提高電網(wǎng)的功率因數(shù)進(jìn)行了探討。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(hù)功

2、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(hù)的功率因數(shù)，不但可以充分地發(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(hù)用電設(shè)備的工作效率。 若能有效地搞好補(bǔ)償， 不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫Γ?改善提高用戶(hù)功率因數(shù)，而且能夠有效地降低電能損失， 減少用戶(hù)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 首先我們來(lái)了解功率因數(shù)產(chǎn)生的主要原因。功率因數(shù)的產(chǎn)生主要 是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過(guò)程中， 除消耗有功功率外， 還需要無(wú) 功功率。因此提高功率因數(shù)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率 需要量。影響功率因

3、素主要是下面幾個(gè)方面。（一）異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備我礦絕大部分動(dòng)力負(fù)荷都是異步電動(dòng)機(jī), 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素 ,而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功 率增加值兩部分所組成。 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。 因此，在選擇異步電動(dòng)機(jī)時(shí)， 既要注意它們的機(jī)械性能， 又要考慮它們的電氣指標(biāo)， 合理選擇異步 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，使其處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期 處于低負(fù)載下運(yùn)行， 既增大功率損耗，又使功率因數(shù)和效率都顯著惡 化。 故而從節(jié)約電能和提高

4、功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確的合理的 選擇電動(dòng)機(jī)的容量。 其次， 要提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量，因?yàn)楫惒?電動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、 轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對(duì)異步電 動(dòng)機(jī)無(wú)功功率的大小有很大的影響。 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。電力變壓器的無(wú)功功率消耗， 是由于變壓器的變壓過(guò)程是由電磁感應(yīng)來(lái)完成的， 是由無(wú)功功率建立和維持磁場(chǎng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的。 沒(méi)有 無(wú)功功率， 變壓器就無(wú)法變壓和輸送電能。 變壓器消耗無(wú)功的主要成分是它的空載無(wú)功功率， 提高變壓器的功率因數(shù)就必須降低變壓器的 無(wú)功損耗，避免變壓器空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。 因而， 為了改

5、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)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。（二）供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響當(dāng)供電電壓高于額定值的 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。我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，尋求一些行之有效的、 能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方 法，使低壓網(wǎng)

6、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、低壓網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?低壓無(wú)功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有兩種： 就地補(bǔ)償、 集中 補(bǔ)償。下面簡(jiǎn)單介紹這兩種種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方 式的優(yōu)缺點(diǎn)。（ 一 ） 、就地補(bǔ)償 就地補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接， 通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)償磁無(wú)功為主，此種方式可較好地限制無(wú)功峰荷。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出， 而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。 具有投資少、 占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等特點(diǎn)。（二） 、 集中補(bǔ)償

7、集中補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電 容器組補(bǔ)償在配電變壓器二次側(cè)。 適用于 100kVA 以上的專(zhuān)用配變用 戶(hù)，可以和就地補(bǔ)償方式綜合使用，補(bǔ)償效果更好。集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩 種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、 運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、 首期投資相對(duì)較大。三、采取適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)提高自然功率因數(shù)是在不添置任何補(bǔ)償設(shè)備， 采用降低各用電設(shè)備所需的無(wú)功功率來(lái)提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法， 它不需要增加投 資，是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。 高自然功率因數(shù)主要是靠提高 變壓器、電動(dòng)機(jī)負(fù)載率、調(diào)整負(fù)荷結(jié)構(gòu)，使功率因數(shù)達(dá)到最佳

8、。下面將對(duì)提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡(jiǎn)要的介紹。（一）、合理使用電動(dòng)機(jī) 合理選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，使其接近滿(mǎn)載運(yùn)行。在選 擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要注意它們的機(jī)械性能，又要考慮它們的電氣指標(biāo)。若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)載下運(yùn)行，既增大功率損耗， 又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確地合理地選擇電動(dòng)機(jī)的容量。（二）、提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量實(shí)驗(yàn)表明，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率的大小有很大的影響。（三）、采用同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行提高功率因數(shù)由電機(jī)原理知道，同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所 帶機(jī)械負(fù)

9、荷的大小，而無(wú)功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠激狀 態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無(wú)功，在過(guò)激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無(wú)功。因此，只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其處于過(guò)激狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無(wú)功功率，減少電網(wǎng)輸送給工 礦企業(yè)的無(wú)功功率， 從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)同 步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī) 三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電 流，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。因而只 要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流，使其呈過(guò)激狀態(tài)，即能向電網(wǎng)輸出無(wú)功，從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的 目的。（四）、理選擇配變?nèi)萘浚纳婆渥兊倪\(yùn)行方式 對(duì)負(fù)載率比較低的配變,般采取“撤、

10、換、并、停”等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。并聯(lián)移相電容器是進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)闹匾O(shè)備， 現(xiàn)就移相電容器在我礦的使用情況及效果簡(jiǎn)單介紹。一、補(bǔ)償方式的選擇： 根據(jù)移相電容器在工廠供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補(bǔ) 償、低壓成組補(bǔ)償和低壓分散補(bǔ)償三種方式。高壓集中補(bǔ)償是將高壓移相電容器集中裝設(shè)在變配電所的 10KV 母線上，這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償10KV 母線前（電源方向）所有線路上的無(wú)功功率， 而此母線后的廠內(nèi)線路沒(méi)有得到無(wú)功補(bǔ)償， 所以這種 補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)效果較后兩種補(bǔ)償方式差。低壓分散補(bǔ)償， 又稱(chēng)就地補(bǔ)償， 是將移相電容器分散地裝設(shè)在各個(gè)車(chē)間或用電設(shè)備的附近。 這

11、種補(bǔ)償方式能夠補(bǔ)償安裝部位前的所有 高低壓線路和變電所主變壓器的無(wú)功功率，因此它的補(bǔ)償范圍最大， 效果也較好。 但是這種補(bǔ)償方式總的設(shè)備投資較大， 且電容器在用電 設(shè)備停止工作時(shí)，它也一并被切除，所以利用率不高。低壓成組補(bǔ)償是將移相電容器裝設(shè)在車(chē)間變電所的低壓母線上， 這種補(bǔ)償方式能補(bǔ)償車(chē)間變電所低壓母線前的車(chē)間變電所主變壓器 和廠內(nèi)高壓配電線及前面電力系統(tǒng)的無(wú)功功率， 其補(bǔ)償范圍較大。 由 于這種補(bǔ)償能使變壓器的視在功率減小從而使變壓器容量選得小一 些，比較經(jīng)濟(jì)，而且它安裝在變電所低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)方便。 同時(shí)由于我礦存在諧波源， 車(chē)間變壓器的存在， 也起到了隔離和衰減諧波的作用。有利于

12、低壓移相電容器的安全穩(wěn)定運(yùn) 行。綜合以上三種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)， 根據(jù)我礦的實(shí)際情況， 我們選 擇了三種方式綜合使用。 高壓集中補(bǔ)償采用高壓電容柜GR 1 0.5 ， 并聯(lián)電容器BMF2 10.5 50- 1W,手動(dòng)投切。低壓成組補(bǔ)償采用JKD系列低壓晶閘管投切電容器自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置， 其可根據(jù)配電系統(tǒng)內(nèi) 負(fù)荷的無(wú)功功率和電網(wǎng)電壓， 控制晶閘管投切電容器組。 該裝置利用 無(wú)觸點(diǎn)晶閘管開(kāi)關(guān)，內(nèi)設(shè)零觸發(fā)模塊，可實(shí)現(xiàn)零電壓投入，零電流切 除，具有投切無(wú)沖擊，無(wú)暫態(tài)過(guò)電壓，響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。低壓分散補(bǔ) 償，我礦對(duì)較大異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)電機(jī)選用適當(dāng)容量電容器， 就地補(bǔ)償。 三種方式綜合補(bǔ)償， 使我礦的整體補(bǔ)償效

13、果十分理想， 功率因數(shù)達(dá)到 0.98 以上。二）、補(bǔ)償容量的確定對(duì)于車(chē)間變（配）電所，安裝的容性無(wú)功量應(yīng)等于裝置所在母線 上的負(fù)載按提高功率因數(shù)所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量與變壓器所需補(bǔ)償 的容性無(wú)功量之和。1 、 負(fù) 載所需補(bǔ)償?shù)难b置容量 Kvar （千乏）按下式考慮QC1=P （tg ? 1-tg ? 2）Qc1 負(fù)荷所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量 （ Kvar ）P 母 線上的平均有功負(fù)荷功率? 1 補(bǔ)償前的功率因數(shù)角? 2補(bǔ)償后的功率因數(shù)角2 、 變 壓器所需補(bǔ)償?shù)难b置容量 Kvar （千乏）按下式考慮：QC2= （UK%/100+IO%/100 ） SeQc2 變壓器所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量 （ Kvar

14、 ）Uk % 變壓器阻抗電壓的百分?jǐn)?shù)10 %變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù)S 變壓器額定容量（ KVA ）（三）、低壓成組補(bǔ)償設(shè)備的選擇：選擇補(bǔ)償設(shè)備， 應(yīng)在充分考慮安全性的同時(shí)， 根據(jù)各單位實(shí)際情況，從實(shí)用性、可靠性入手，將費(fèi)效比最大化。1 、投切方式的選擇：電容投切有兩種方式： 人工投切和自動(dòng)投切。 我礦高壓采用人工 投切，低壓采用自動(dòng)投切方式。 電容器的自動(dòng)投切， 我們采用了 JKD 系列無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器， 這種控制器能隨意設(shè)定投入門(mén)限、 投 入延時(shí)、 欠壓門(mén)限、過(guò)壓門(mén)限、切除門(mén)限值，都可在線設(shè)定。能自動(dòng) 跟蹤功率因數(shù)變化合理選擇電容組數(shù)， 還能在功率因數(shù)超前時(shí)快速切 除已投電容。在我礦的

15、應(yīng)用中，這種控制方式能滿(mǎn)足我礦的實(shí)際要求。2、移相電容器的選擇我礦就地補(bǔ)償選用的電容器為 BCMJ0.4 3 型自愈式移相電容器。該電容器的額定工作電壓400V ，三相三角形接法，具有自放電 功能，最高過(guò)電壓 110 額定電壓，最高過(guò)電流130 額定電流。高 壓電容器為 BMF2 10.550 1W,額定工作電壓10.5KV , 50kvar。JKD無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償柜采 用單相電容。電容容量的確定要考慮到開(kāi)關(guān)、 接觸器的容量， 補(bǔ)償梯度大小對(duì) 電氣設(shè)備的影響及維修成本。 額定電壓的確定要考慮到變壓器低壓母線電壓的波 動(dòng)和補(bǔ)償后母線電壓升高的因素， 并聯(lián)補(bǔ)償移相電容器的 額定電壓應(yīng)大于并 聯(lián)補(bǔ)償移相電容器的實(shí)際工作電壓。補(bǔ)償效果：通過(guò)對(duì)全廠供配電系統(tǒng)安裝并聯(lián)移相電容器組， 向電網(wǎng)提供可階 梯調(diào)節(jié)的容性無(wú)功， 補(bǔ)償多余的感性無(wú)功， 使我礦實(shí)際功率因數(shù)提高 到 0.98