改善和提高電網(wǎng)功率因數(shù)方法探討

1、改善和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的方法探討摘要：本文論述電網(wǎng)功率因數(shù)低的原因及其所引起的不利影響，提出改善和提高功 率因數(shù)的方法，分析了無功補償方法，闡述了并聯(lián)電容器的優(yōu)缺點、補償原理及其容量 選擇方法，并提出了無功補償實效的險證方法。關鍵詞：電力 電網(wǎng) 無功補償?shù)V山企業(yè)電網(wǎng)中的各種用電負載一般為感性負載（如：電動機、變壓器等），它們工 作時，除了消耗有功功率外，還要大量消耗無功功率，這就造成電網(wǎng)功率因數(shù)低，降低 了供電效率，造成了電能的浪費。因此，筆者就如何改善和提高功率因數(shù)進行探討。一、電網(wǎng)功率因數(shù)低的原因：1、電動機的負荷率低：目前礦山企業(yè)越來越多使用6kV高壓電動機，與用戶變壓器接在同一電網(wǎng)（6

2、kV電 網(wǎng)）上；而電動機的負荷率一般在70%以下，甚至更低。電動機的低負荷運行對功率因 數(shù)影響很大，因為電動機空載時所消耗的無功功率已為額定負荷時總無功功率的60% 70%：即隨負荷增加而增加不多。電動機在有功負荷P時，所消耗的無功功率為：PQ = Qo + (Qe-Qo)-(五)2其功率因數(shù)為:1 »tg2(p式中：Qo電動機空載時的無功功率；Qe電動機額定功率時的無功功率：Pe電動機的額定功率。由式中我們可以看出，當電動機有功功率P值很小時，其功率因數(shù)下降很大。2、變壓器的負荷率低：一般變壓器的空載無功功率占變壓器滿載時無功功率的80%,變壓器在負荷率時，所消耗的無功功率為 Q

3、= Qo+P Qe（3）而功率因數(shù) COS（p =式中：Qo 一一變壓器空載時的無功功率；Qe負荷由0 100%變動時變壓器無功功率的增長；Wq在一定負荷率時變壓器消耗的無功功率；WP在一定負荷率時變壓器輸出的有功功率。由式(4)中可以看出，變壓器在負荷低時運行對電網(wǎng)功率因數(shù)也影響很大。3、“負荷中心”偏離原設計負荷中心引起無功功率損耗：由于礦山企業(yè)的不斷發(fā)展變化，“負荷中心”發(fā)生變化，供電半徑因此增大。當輸電 線路的負荷一定時，無功功率的損耗與線路的長度成正比。即：Q = X = 3I2X式中：一一輸電線路的無功功率損耗；P通過輸電線路的有功功率；Q 一一通過輸電線路的無功功率；U 輸電線路

4、的額定電壓；X輸電線路的電抗：I 輸電線路的電流。二、功率因數(shù)低所引起的不利影響：功率因數(shù)低在電網(wǎng)運行中會造成很多不利影響，主表現(xiàn)在如下幾個方面：1、功率因數(shù)低會增加有功功率損耗而造成電能浪費，同時也會增加企業(yè)的電力成本。電網(wǎng)有功功率的損耗與功率因數(shù)的關系：P =不 R = s- Ru ircos-(p式中：4P輸電線路的有功功率損耗：s 通過輸電線路的視在功率；R輸電線路的電阻；cos(p輸電線路的功率因數(shù)。由上式可以看出，有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比，隨著功率因數(shù)的惡化， 有功功率損耗也急劇增加，大大地增加了企業(yè)的電力成本。2、功率因數(shù)低會增加電壓損耗，而使供電質(zhì)量下降。線路的電壓損

5、耗與功率因數(shù)的關系：U =Pu cos(p (R COS(PP(R+tft(p X)+xsm(p)= £式中：1； 輸電線路的電壓損耗：tg(p對應線路cos(p的正切值。3、功率因數(shù)低會減少有功功率的傳輸。輸電線路在一定的電壓降下，其有功功率P與功率因數(shù)的關系:uu- R+tg(p X電廠通過電網(wǎng)輸送的總功率（視在功率 s=，F(xiàn)頁）是不變的，功率因數(shù)的變化是有 功功率P與無功功率Q之間的比值變化引起 （如圖一所示），當功率因數(shù)由C0S（P2下降至 COS（P1時，電網(wǎng)輸出的無功功率將由Q?增大 到Q1，由于視在功率S不變，則有功功率將 P2降低到P1。由此可見，功率因數(shù)降低就會減

6、少線路的有功功率傳輸，或者被迫增大導線的 截面，這就造成電網(wǎng)不能經(jīng)濟合理地運行。三、改善和提高功率因數(shù)的辦法:改善和提高功率因數(shù)的方法有：一是設法提高自然功率因數(shù)，二是合理選用無功功 率補償裝置來提高功率因數(shù)。1、提高自然功率因數(shù)的方法：在礦山企業(yè)中，大量消耗無功功率的而使功率因數(shù)降低的主要設備是電動機和變壓 器，所以應選定此兩者為提高功率因數(shù)的主要對象。提高自然功率因數(shù)的方法如下：1）、提高電動機和變壓器的負荷率，并將長期負荷低的變壓器置換下來：2）、在可能情況下，降低電動機的端電壓，減少無功功率的消耗；3）、加強規(guī)劃工作，采用合理的接線方式，做到電網(wǎng)布局合理：4）、加強運行管理，做好調(diào)荷工

7、作，減少或定期切除低負荷變壓器。這些方法的采用，必須視實際情況和具體條件而定。2、無功功率補償?shù)姆椒ǎ簾o功功率補償?shù)姆椒ê芏?，根?jù)礦山企業(yè)實際，一般常用電力電容器作為補償裝置: 它具有安裝方便、建設周期短、造價低、運行維護簡便、自身損耗?。縦var無功功率 損耗約為03-0.4%以下）等優(yōu)點，但缺點是短路穩(wěn)定性差、損壞不能修復等。這種方法 是當前國內(nèi)外廣泛采用的補償方法o電力電容器作為補償裝置有兩種方法：串聯(lián)補償和并聯(lián)補償。I、串聯(lián)補償是把電容器直接串聯(lián)到高壓輸電線路上，以改善輸電線路參數(shù)，降低 電壓損失，提高其輸送能力，降低線路損耗。這種方法一般應用于高壓遠距離輸電線路 上，用電單位很少采

8、用。II、并聯(lián)補償是把電容器直接與被補償設備并接到同一電路上，以提高功率因數(shù)。 這種補償方法所用的電容器稱作并聯(lián)電容器。目前用電企業(yè)都是采用這種補償方法。3、并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)的原理：在交流電路中，純電阻電路，負載中的電流iR與百同相位，純電感負載中的電流匯滯后電壓90°。而 純電容的電流ic則 超前于電壓90° , 如圖二所示?？梢? 電容中的電流與電 感中的電流相差 180。，它們能夠互 相抵消。圖二電容補償電壓電流相位關系圖的負載，大部分是感性的; 器與負載并聯(lián)（補償原理 如圖三所示），則電容器的 電流左將抵消一部分電感 電流，從而使電感電流II 減小到Ili，總

9、電流從L減 小到L，功率因數(shù)將由cos <p 1提高到COS（p 2 *從而達 到了補償?shù)淖饔谩?、并聯(lián)電容器容量的因此總電流I將滯后于電壓U一個角度<p o如果將并聯(lián)電容圖三 電容補償電路原理圖電力系統(tǒng)中選擇：電容器容量的選擇，可根據(jù)使用目的的不同，按改善功率因數(shù)，提高運行電壓和降 低線路損失等因素來確定。1）、按提高功率因數(shù)確定補償容量：按提高功率因數(shù)確定補償容量的方法簡便明確，為國內(nèi)外所通用。補償電容器的容量可按下式進行計算，即:=Ppj （tg（p 1- tg（p 2）式中：Qc 一一補償裝置所需的容量（kvar）；Qi補償前的無功功率（kvar）：Q?補償后的無功功率（k

10、var）：PPH用電設備的平均功率（kW） ,PH=-： n 一一用電設備的平均效率：tg（p】、tg（p2一一補償前后功率因數(shù)角差的正切值。2）、按提高電壓確定補償容量： 補償電容器的容量可按下式進行計算,U U)即:式中： 需要提高的電壓值（V）：U2需要達到的電壓值（V）；X 一一線路阻抗（C）03）、按感應電動機空載電流確定補償容量：感應電動機個別補償時，應按其空載電流來選擇電容器的容量，其計算公式為：Qc W 小 Ue Io式中：Ue 電動機的額定電壓（V）;Io一一電動機的空載電流（A）;由于一般感應電動機的空載電流約占額定電流的25 -40%）,因此，電動機的單臺 無功補償容量也

11、相應為其容量的25 -40%。5、無功補償實效的驗證：1）、無功經(jīng)濟當量年電能的節(jié)約量，是衡量或評價無功補償裝置是否經(jīng)濟合理的一個重要指標。但由 于影響提高功率因數(shù)效果的各種因素很多，實難以詳盡的計算方法算出，故一般就以“無 功經(jīng)濟當量”來加以評判和計算?！盁o功經(jīng)濟當量”是指：因補償裝置而降低的有功損耗值與其無功功率的補償值之比。各種不同供電系統(tǒng)的無功經(jīng)濟當量：、由區(qū)域網(wǎng)絡供電35llOkV降壓變壓器:W= AP T=QC (K 早)T功率因數(shù)0.90.80.750.70.6無功經(jīng)濟當量0.0620.0760.080.100.138、由區(qū)域網(wǎng)絡供電610kV降壓變壓器:功率因數(shù)0.90.80.

12、750.70.6無功經(jīng)濟當量0.090.120.130.150.202）、年電能節(jié)約量的計算: 年電能節(jié)約量：6式中：QcPKky- 0.003-0.005：- 補償裝置所需的容量（kvar）- 裝設電容器減少的有功功率的損耗（kW）：- 無功經(jīng)濟當量；電容器中消耗的有功功率與提供的無功功率之比（kW/kvar）, K”值一般為電容器在一年中實際運行時間（小時/年）。四、結(jié)束請：通過上述分析和探討，可以得出幾點結(jié)論。1、功率因數(shù)實為電網(wǎng)運行中一個不容忽視的重要參數(shù)，它與電網(wǎng)中電壓質(zhì)量、有功 損耗、傳輸效率等技術經(jīng)濟指標關系極其密切，如不以為然，任其惡化低落，勢必造成 浪費資源、損害企業(yè)利益、破壞電網(wǎng)經(jīng)濟合理運行的不良后果。2、改善和提高功率因數(shù)，不僅可以減少功率和電能的損耗，而且對改善電壓質(zhì)量和 增加線路的有功功率傳輸起著顯著的作用。3、研究實施改善和提高功率因數(shù)方案時，應根據(jù)不同的實際情況，同時或分別采用 “節(jié)流”和“工源”的措施，綜合考慮最大負荷利用小時、損耗率大小、功