提高功率因素的意义和方法
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摘要：随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电气设备的使用也越来越多，电力系统是一庞大的系统,其电能损耗的数值相当可观,能源的合理配置是极需解决的问题。目前，功率因数降低与电磁干扰、谐波被列为电力系统的三大公害。功率因数是决定发供电系统经济效益的一个极为重要的因素,因而了解提高功率因素的作用和提高电力系统的功率因素，提高电力资源利用率，对供电系统经济运行有着十分重要的意义。
关键字:功率因素 意义 改善
Abstract: with the rapid development of China's industrialization process, power installed capacity continues to increase, the use of electrical equipment in power system is more and more, the electric power system is a huge system, the value of the energy loss is considerable, rational allocation of energy is needed to solve the problem. At present, the power factor is reduced and the electromagnetic interference, harmonic was listed as the three big harm to power system. Power factor is to determine the economic efficiency of power supply system and one of the most important factors, so that increase the power factor and improve the power factor of power system, improve the utilization of power resources, plays a very important role in the economic operation of power supply system.
Keywords: improve the power factor of significance
中图分类号：U665.12文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
一、电力系统功率因素
随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电气设备的使用也越来越多，用户增加了功率因数较低的设备，如大功率电动机等感性设备，而原有无功补偿装置容量较小，不能就地平衡无功，致使用户功率因数降低；原有无功补偿装置故障，如自动投切装置故障、电容器故障等，导致补偿投切不及时，或投切容量不足，致使系统功率因数降低。电力系统是一庞大的系统,其电能损耗的数值相当可观,能源的合理配置是极需解决的问题。目前，功率因数降低与电磁干扰、谐波被列为电力系统的三大公害。功率因数是决定发供电系统经济效益的一个极为重要的因素,因而了解提高功率因素的作用和提高电力系统的功率因素，提高电力资源利用率，对供电系统经济运行有着十分重要的意义。
二、提高功率因素的意义
1、增加设备输出设备容量。提高功率因素()后，由于无功电流得到补偿，发、供、用电设备及线路的负荷电流相应减少，使设备输出容量增加
2、减少线路和变压器的损耗。
（1）当电压不变，输送同样功率时，线路上的功率损耗与功率因素的平方成反比，将功率因素由提高到时，损耗减少率
损耗减少量可由下式给出(KW)
式中P——输送功率，KW；
U——线电压，KV；
R——导线相电阻，Ω；
——损耗减少量，KW
(2)变压器的损耗中，铁损与负荷无关，铜损与负荷的平方成正比，当输送的功率恒定时，功率因素由提高到时，变压器铜损的减少量为（KW）
式中——提高前的功率因素；
——提高后的功率因素；
——变压器在功率因素未提高时的负荷率；
——损耗减少量，KW
3、降低电费
按照功率因素调整电费规定，随着功率因素的提高，电费将降低。另外，提高功率因素使电耗减少，也将电费减少。
4、改善电压质量
提高功率因素使负荷电流减小，因而线路上的电压降减小，可以改善电压质量
电力网的电压损失可借下式求出线路电压降为:式中Q——无功功率，KW；
R——线路电阻，Ω；
X——线路电抗；
(5)减小电缆截面和变压器容量
提高功率因素后，由于负荷电流减小，因而在有些情况下可以减小电缆截面或降低变压器容量。
三、改善功率因素的方法
提高功率因数的方法很多,但总的来说可以归结为两大类:提高自然功率因数和采用人工补偿无功功率。
1、改善自然功率因素
（1）正确选择和使用电动机
正确提选择和使用电动机是提高自然功率因素的主要方法。用户使用的电动机大多是感应电动机，电动机的特性虽然因类型不同而有差异，但因功率因素随负荷变化的情况大致相似。负载率为80%～100%时，功率因素值在额定值附近，无较大变化，负载率在50%以下时，功率因素急剧下降。空载时功率因数仅为0.15～0.2。因此，电动机容量应与负载相匹配，不可过大，运行中要避免空运转。对轻载电动机可更换电机或降低电压运行，使功率因素提高。电动机的效率η与功率因数cosφ是反映电动机经济运行水平的主要指标,都与负载率β有密切关系1 GB/ T 12497 - 90 对三相异步电机三个运行区域规定如下:
当负载率β在70 %～ 100 %之间时,为经济运行区;
当40 % ≤β ≤70 %时,为一般运行区;
当β < 40 % 时,为非经济运行区;
(2)采用同步电动机
对于大型、负载稳定的机械。可采用同步电动机，调节厉磁电流使电机在超前功率因数下运行，改善电网功率因素。
（3）感应电动机同步化
对于负荷率不大于0. 7 及最大负荷不大于90 % 额定功率的绕线式异步电动机,必要时可使其同步化,即当绕线式异步电动机在起动完毕以后,向转子三相绕组中送入直流励磁,即产生转矩把异步电动机牵入同步运行,其运转状态与同步电动机相似在过励磁的情况下,电动机可向电网送出无功功率,从而达到改善功率因数的目的。
（4）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作轻载运行。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
2、无功功率补偿
用供应无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率,以提高其功率因数的措施,称为提高功率因数的补偿方法。通过电力电容器，将功率因素从提高到时所需电容容量为(Kvar)。采用补偿法来提高功率因数,必须增加新设备、增加有色与黑色金属的需用量。 此外,补偿设备本身也有功率损失,所以从整体来看,应首先采用提高用电设备自然功率因数的方法。 但当功率因数还达不到《电力设计技术规范》所要求的数值时,则需采用专门的补偿设备来提高功率因数。应用人工补偿无功功率的方法通常有应用移相电容器(即静电电容器) 、采用同步电动机和采用同步调相机三种方法。
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 一般在满足工艺条件下,采用或不采用同步电动机来提高企业的功率因数,应进行技术经济比较。通常对低速、恒速且长期连续工作的容量较大的电动机,宜采用同步电动机组,如轧钢的电动机组、球磨机、空压机、鼓风机、水泵等设备 这些设备采用同步电动机为原动机时,其容量一般在250 KW 以上,环境与启动条件均能满足同步电动机的要求,而且停歇时间较少,因此对改善功率因数能起很大作用 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,而且目前高压移相电容器价格普遍降低,这就相应地提高了“异步电动机加移相电容器的补偿方案”的优越性 移相电容器由于具有功率损耗小、运行维修很方便、短路电流小等优点而在工业企业中被广泛用作人工补偿装置。
四、结束语
综上所述,提高功率因数必然对国家的能源利用、企业的经济效益起到促进作用, 是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的条件 应根据不同情况采取相应措施来提高功率因数,降低无功损耗,从而提高经济效益。
参考文献
1． 功率因数 ．功率因数 引用日期2013-3-16
2．提高功率因素的意义和提高功率因素的方法. 煤碳电工手册引用日期2013-3-16