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時(shí)間：2022-04-11 17:44:56
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功率因數(shù)0.8-0.9正常。功率因數(shù)是指交流電路有功功率對(duì)視在功率的比值。用戶電器設(shè)備在一定電壓和功率下，該值越高效益越好，發(fā)電設(shè)備越能充分利用。
功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。
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沙隆達(dá)股份有限公司是一家以氯堿化工為基礎(chǔ)，農(nóng)藥化工為主體，精細(xì)化工為特色的大型化工企業(yè)。主要生產(chǎn)能力為：農(nóng)藥3萬(wàn)噸，燒堿6萬(wàn)噸，化工原料及中間體30萬(wàn)噸，自采鹽礦20萬(wàn)噸。下屬能源動(dòng)力廠主要負(fù)責(zé)水、電、汽、冷等能源的管理和運(yùn)行。我廠電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量為47500KVA，設(shè)有一個(gè)110KV變電站、4個(gè)10KV區(qū)間變電所和4套電解整流裝置，共有電力變壓器22臺(tái)，整流變壓器4臺(tái)，年用電量2億多千瓦時(shí)，其中整流裝置用電量要占總用電量的三分之二。整流裝置平均功率因數(shù)比較高，可以達(dá)到0.95，但由于整流裝置的存在，諧波分量也比較重。其它動(dòng)力負(fù)荷主要是異步電動(dòng)機(jī)，平均功率因數(shù)很低，我廠主要針對(duì)低壓配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償前整個(gè)電力系統(tǒng)的功率因數(shù)只有0.87，補(bǔ)償后整個(gè)電力系統(tǒng)功率因數(shù)可以達(dá)到0.95以上。
影響我廠功率因數(shù)的主要原因及對(duì)策：
一、異步電動(dòng)機(jī)對(duì)功率因數(shù)的影響
我廠絕大部分動(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，又要考慮它們的電器指標(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)楫惒诫妱?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。
二、電力變壓器對(duì)功率因數(shù)的影響
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)。
三、整流裝置對(duì)功率因數(shù)的影響
單就整流系統(tǒng)而言，其功率因數(shù)可達(dá)到0.95，但是由于整流系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)電流不是正弦波，整流變壓器除向電網(wǎng)吸取基波電流外，還向電網(wǎng)送出諧波電流，嚴(yán)重影響并聯(lián)電容的運(yùn)行。盡可能減少諧波分量的產(chǎn)生是消除整流裝置對(duì)功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備影響的根本辦法。整流機(jī)組的網(wǎng)側(cè)諧波分量與等效相數(shù)有密切關(guān)系，提高等效相數(shù)是抑制諧波產(chǎn)生的有效措施。我公司整流系統(tǒng)共有四臺(tái)整流變壓器，為提高等效相數(shù)，我們分別將整流變壓器接成/和Y/，從而組成12相整流系統(tǒng)，這時(shí)單套6脈波整流的工作原理不變，只是一臺(tái)整流變壓器通過(guò)Y/移相使5，7，17，19……次諧波相互抵消，注入系統(tǒng)的只有12K±1次特征諧波，在不增加設(shè)備的前提下，達(dá)到了最大限度抑制諧波分量，減少了諧波分量對(duì)電容運(yùn)行的影響的目的。
我廠對(duì)提高功率因數(shù)采取的措施
提高自然功率因數(shù)
提高自然功率因數(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。
二、并聯(lián)移相電容提高功率因數(shù)
由于我公司實(shí)際生產(chǎn)工藝中沒(méi)有使用同步電機(jī)，所以我們采用并聯(lián)移相電容器的方式進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償。
（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。同時(shí)因我廠存在整流裝置，雖然我們對(duì)其進(jìn)行了調(diào)整，但仍然不能完全避免諧波分量的產(chǎn)生。如采用高壓集中補(bǔ)償，會(huì)對(duì)高壓電容器的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。
低壓分散補(bǔ)償，又稱個(gè)別補(bǔ)償，是將移相電容器分散地裝設(shè)在各個(gè)車間或用電設(shè)備的附近。這種補(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)在車間變電所的低壓母線上，這種補(bǔ)償方式能補(bǔ)償車間變電所低壓母線前的車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)由于我廠存在諧波源，車間變壓器的存在，也起到了隔離和衰減諧波的作用。有利于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)我廠的實(shí)際情況，我們選擇了低壓成組補(bǔ)償方式。
（二）、補(bǔ)償容量的確定
對(duì)于車間變（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?shù)娜菪詿o(wú)功量之和。
負(fù)載所需補(bǔ)償?shù)难b置容量Kvar（千乏）按下式考慮
QC1=P（tgφ1-tgφ2）
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
φ1——補(bǔ)償前的功率因數(shù)角
φ2——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 ) Se
Qc2——變壓器所需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功量(Kvar)
Uk％——變壓器阻抗電壓的百分?jǐn)?shù)
I0％——變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù)
Se——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)各廠實(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。人工投切對(duì)運(yùn)行人員是件繁重的工作，且難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確地操作，影響供電電壓質(zhì)量。我們采用自動(dòng)投切方式?？蓪?shí)現(xiàn)電容器的自動(dòng)投切，我們采用了JKG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)定投入門限、投入延時(shí)、切除延時(shí)、過(guò)壓門限、過(guò)壓延時(shí)、欠流切除等參數(shù)，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。在我廠的應(yīng)用中，這種控制方式能滿足我廠的實(shí)際要求。
2、移相電容器的選擇
我廠選用的電容器為BSMJ0.415-18-3型自愈式移相電容器。該電容器的額定工作電壓415V，容量18Kvar，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。
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，還有各廠實(shí)際使用習(xí)慣。我廠廣泛采用18 Kvar三相移相電容器，我們認(rèn)為其補(bǔ)償梯度合理，設(shè)備費(fèi)效比高。
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。
3、斷路器的選擇
QF1—QFn為單臺(tái)電容器提供主保護(hù)，我廠選用GV3—M40施耐德空氣開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)具有過(guò)流和速斷保護(hù)功能，我們一般將空開(kāi)過(guò)流整定值整定在30A左右，可有效保護(hù)電容過(guò)電流。該開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗄芰?qiáng)，分?jǐn)嚯娏骺蛇_(dá)35KA，可靠性也比較高，單臺(tái)電容器故障時(shí)能可靠切除，不影響其它電容器的運(yùn)行。QF我們選用施耐德NS型塑殼斷路器，該斷路器具有電子式過(guò)流和速斷保護(hù)功能，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，分?jǐn)嗄芰O強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的限流能力，可作為整套電容器組的后備保護(hù)。采用上述兩種開(kāi)關(guān)后，我們完全可以將電容故障限制在電容柜內(nèi)，而不對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
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，使我廠實(shí)際功率因數(shù)提高到0.95以上，補(bǔ)償效果明顯。
減少供電損耗，節(jié)約電費(fèi)
以線損為例，我廠年用電量約為2億千瓦時(shí)，補(bǔ)償前線損率約為5％，補(bǔ)償后功率因數(shù)從0.87提高到0.95，則每年可減低線損約為200萬(wàn)千瓦時(shí)，按每度電0.4元計(jì)算，可節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支80萬(wàn)元，加上電力系統(tǒng)功率因數(shù)獎(jiǎng)60萬(wàn)元，每年共計(jì)節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支140萬(wàn)元。
提高設(shè)備利用率
功率因數(shù)從0.85提高到0.95，設(shè)備利用率提高11.8% 。減少設(shè)備投資，充分發(fā)揮設(shè)備潛能。
改善供電質(zhì)量
中圖分類號(hào)：TM933.3+1
引言：
礦井供用電設(shè)備功率因數(shù)的高低，對(duì)于電力系統(tǒng)有很大的影響。因?yàn)?，礦井供用電設(shè)備功率因數(shù)底，所需要的無(wú)功功率多，需要發(fā)電廠大量發(fā)出無(wú)公功勞，增加了發(fā)、供電設(shè)備的容量；另一方面，由于大量輸送無(wú)功功率，使電網(wǎng)中的電能損耗增加：其次，供電電壓的質(zhì)量也得不到保證。所以，提高礦井供用電設(shè)備的功率因數(shù)具有非常重大的意義。
正文：
由于大多數(shù)用電器（負(fù)載）都同時(shí)含有電阻和電感，也稱感性負(fù)載，如：異步電動(dòng)機(jī)，因此分析這類電路有其廣泛的代表性。
一、功率因數(shù)的重要意義
由交流電路的功率的意義可知，電阻元件是耗能元件，有功功率P=UI=I2=U2/R，電感、電容元件則都是儲(chǔ)能元件，p=0，它們不消耗功率，只與電源進(jìn)行能量交換。在一般的電路中，將有熱能的消耗也有能量的交換。在這樣的電路中，總電壓和電流相之間相位差（φ角）的余弦值，也就是負(fù)載取用的有功功率與電源供給的鈰在功率的比值叫做電路的功率因數(shù)，即COSφ=P/UI=P/S， COSφ功率因數(shù)的高低對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、電纜的利用利用率有關(guān)：
1-1、電源能力的發(fā)揮與COSφ功率因數(shù)成正比。
電源設(shè)備在工作時(shí)，總想產(chǎn)生與它的額定視在功率相等的最大有功功率，發(fā)揮最大效益。如：一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)、額定參數(shù)為：Ve=1000V、Ie=100I、Se=100kVA，問(wèn)當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)分別為：COSφ1= 0.8、COSφ2= 0.2時(shí)，這臺(tái)發(fā)電機(jī)能發(fā)出多少有功功率？則
P1=VeIe COSφ1=80000W P2=VeIe COSφ2=20000W 。
所以，同一個(gè)電源設(shè)備，由于負(fù)載的COSφ高低不同，設(shè)備的發(fā)揮有著明顯差別。這是值得注意的問(wèn)題。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率從小逐漸增大時(shí)，功率因數(shù)也從小逐漸增大。一般電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在0.8左右時(shí)效率和功率因數(shù)最高。負(fù)載率低于0.8以下時(shí)，效率和功率因數(shù)下降。當(dāng)負(fù)載率底于0.5 以下時(shí)，功率和功率因數(shù)急劇下降，此時(shí)電力損耗較多。因此，必須合理選擇電動(dòng)機(jī)容量，使其接近滿載運(yùn)行。
1-2、線路損失功率與COSφ功率因數(shù)成反比，功率越小越好，節(jié)省能量越多越好。實(shí)際負(fù)載大多數(shù)是電感性的，感性負(fù)載 通過(guò)具有rL 、xL的導(dǎo)線聯(lián)至電源。感抗雖然不消耗功率，但當(dāng)它與電源進(jìn)行能量交換時(shí)，必須要在連接電源與負(fù)載的導(dǎo)線上引起功率消耗。就是說(shuō)，電源向負(fù)載輸送的能量，除了負(fù)載中電阻成分消耗的以外，還包括電感中的磁場(chǎng)能。但后一部分能量并沒(méi)有被消耗掉，而是在一定時(shí)期內(nèi)送回電源，這樣一來(lái)一往自然會(huì)在線路上產(chǎn)生功率損耗，如果負(fù)載電抗成分大即功率底，而且是遠(yuǎn)距離大功率的輸電系統(tǒng)，則這部分功率損耗是很可觀的，在電力系統(tǒng)中，提高功率因數(shù)是一件很有意義的措施。
二、如何提高功率因數(shù)
2-1、自然提高功率因數(shù)的方法
（一）正確選擇電動(dòng)機(jī)容量，使其接近滿載運(yùn)行。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率從小逐漸增大時(shí)，功率因數(shù)也從小逐漸增大。一般電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在0.8左右時(shí)效率和功率因數(shù)最高。當(dāng)負(fù)載率低于0.8以下時(shí)，效率和功率因數(shù)下降。當(dāng)負(fù)載率低于0.5以下時(shí)，效率和功率因數(shù)急劇下降，此時(shí)電力損耗較多，如下圖所示：
因此，必須合理選擇電動(dòng)機(jī)容量，使其接近滿載運(yùn)行。如有電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行時(shí)，可以選用容量適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)進(jìn)行更換。更換電動(dòng)機(jī)之前，應(yīng)當(dāng)掌握原有電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)情況。
（二）對(duì)于輕負(fù)荷的異步電動(dòng)機(jī)，可以降低電壓運(yùn)行。
對(duì)于一千伏以下，負(fù)載率經(jīng)常小于35 ～ 40 %的異步電動(dòng)機(jī)，可采用電動(dòng)機(jī)外部或內(nèi)部改接線的方法實(shí)現(xiàn)降壓運(yùn)行。
1、 電動(dòng)機(jī)外部改接線
1） 當(dāng)需要大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，起動(dòng)時(shí)接成三角形，運(yùn)行時(shí)換接成星形。
2） 當(dāng)不需要大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，可將其接成星形。
這種方法只適用于電動(dòng)機(jī)的接線盒內(nèi)具有六個(gè)接線柱的情況。
2、 電動(dòng)機(jī)內(nèi)部改接線
凡不具備外部改接線條件的電動(dòng)機(jī)，可采用改變內(nèi)部接線的方法。對(duì)于負(fù)載率很底僅達(dá)25%左右的異步電動(dòng)機(jī)，采用外部和內(nèi)部改接線的方法，不僅可以節(jié)電，而且可使功率因數(shù)提高。
（三）變壓器合理選擇和使用
變壓器的選擇和使用不合理，也會(huì)消耗很多的電能。因此，必須將平均負(fù)荷率小于30%的變壓器用容量適當(dāng)?shù)淖儔浩鬟M(jìn)行替換。但當(dāng)變壓器的平均負(fù)荷率大于30%時(shí)，應(yīng)該結(jié)合具體情況進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。通常，負(fù)載率大于50%的變壓器效率較高，功率因數(shù)也較高不應(yīng)更換。
（四）采用同容量的同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)
凡是在生產(chǎn)條件許可的情況下，均可采用同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。大家知道，同步電動(dòng)機(jī)在過(guò)激磁時(shí)，功率因數(shù)是超前的。因此，它可以提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。
（五）能用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的地方，盡量不用繞線型異步電動(dòng)機(jī)
凡是可以用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的地方，應(yīng)盡量不用繞線型異步電動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)橥萘客D(zhuǎn)速的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)比繞線型異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)提高5%，效率也高3%左右。
2-2、人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)的方法
（一）在感性負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)電容可以提高電路的功率因數(shù)，并聯(lián)電容可以在負(fù)載功率及端電壓不變的條件下，減小電流的無(wú)功分量，如下圖所示：
感性負(fù)載并接電容器
（二）同步補(bǔ)償機(jī) 對(duì)于區(qū)域電網(wǎng)的電壓和功率因數(shù)特別低時(shí)，可采用同步補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償?shù)姆椒āＳ捎谕窖a(bǔ)償機(jī)價(jià)格很貴，所以礦井供電一般不采用同步補(bǔ)償機(jī)。
（三）靜電電容器 由于靜電電容器具有重量輕、安裝方便、投資省、故障范圍小、有功功率損耗小、容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。所以，安裝靜電電容器提高功率因數(shù)的方法，在礦井供電中得到了廣泛地應(yīng)用。
結(jié)束語(yǔ)：希望從事電力工程的同志，關(guān)心重視這一問(wèn)題，因?yàn)樗P(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，急需的電能是否合理應(yīng)用的問(wèn)題。
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中圖分類號(hào):TM715文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374 (2010)12-0093-02
功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),在電力系統(tǒng)中,隨著變壓器和交流電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載的廣泛使用,電力系統(tǒng)的供配電設(shè)備中經(jīng)常流動(dòng)著大量的感性無(wú)功電流。這些無(wú)功電流占用大量的供配電設(shè)備容量,同時(shí)增加了線路輸送電流,因而增加了饋電線路損耗,使電力設(shè)備得不到充分利用。用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí),還需大量的無(wú)功功率由電源送往負(fù)荷,功率因數(shù)反映的是用電設(shè)備在消耗一定的有功功率的同時(shí)所需的無(wú)功功率。作為解決問(wèn)題的辦法之一,就是采用無(wú)功功率補(bǔ)償裝置,使無(wú)功功率就地得到補(bǔ)償,提高設(shè)備的利用效率。
在電力網(wǎng)的運(yùn)行中,功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無(wú)功功率可以降到最小,視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率,從而提高電能輸送的功率。
一、影響功率因數(shù)的主要因素
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個(gè)相位差,這個(gè)相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù),用符號(hào)cosΦ表示,在數(shù)值上功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值,即cosΦ=P/S。功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數(shù)越大越好。只有把電路中的無(wú)功功率降到最小,才能將視在功率大部分用來(lái)供給有功功率,改善供電效率。
許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等,它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無(wú)功功率,因此,所謂的“無(wú)功”并不是“無(wú)用”的電功率,只不過(guò)它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已;因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外,還需要無(wú)功電源,兩者缺一不可。
大量的電感性設(shè)備,如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中,異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了60%～70%;而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60%～70%。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。
變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%~15%,
它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而,為了改善電力系統(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)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
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。
二、無(wú)功功率與無(wú)功補(bǔ)償
(一)無(wú)功功率的產(chǎn)生
在具有電感或電容的電路中,在每半個(gè)周期內(nèi),電感(或電容)把電源能量變成磁場(chǎng)(或電場(chǎng))能量貯存起來(lái),然后再把貯存的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))能量釋放返回給電源。這種情況下只是進(jìn)行能量的交換,并沒(méi)有真正消耗能量,我們把這個(gè)交換的功率值稱為無(wú)功功率。正因?yàn)?#8204;如此,無(wú)功功率比較抽象,它在電路中來(lái)回流動(dòng)。盡管無(wú)功功率說(shuō)明一個(gè)元件的平均功率為零,但它代表了在電感或電容中儲(chǔ)存及釋放磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量所需要的真實(shí)功率。在電力網(wǎng)中,在電源、電感元件和電容元件之間發(fā)生能量的交換。與無(wú)功功率相關(guān)的能量是儲(chǔ)存的電感性及電容性能量之和。
無(wú)功功率決不是無(wú)用功率,它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率,才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此,沒(méi)有無(wú)功功率,電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),變壓器也不能變壓,交流接觸器不會(huì)吸合。
(二)無(wú)功功率的危害
無(wú)功功率的增加,會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加,從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加,也降低了發(fā)電機(jī)的有功功率的輸出,降低了輸變電設(shè)備的供電能力。無(wú)功功率的增加,使總電流增大,因而使設(shè)備及線路的損耗增加,這是顯而易見(jiàn)的。無(wú)功功率的增加,使線路及變壓器的電壓降增大,如果是沖擊性無(wú)功功率負(fù)載,還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng),使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。
無(wú)功功率還造成了低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降,使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。所以我們要盡量減小無(wú)功功率的影響:(1)大量的電感性設(shè)備,如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。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;(2)變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%～15%,它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而,為了改善電力系統(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)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài);(3)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,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。
(三)無(wú)功補(bǔ)償
1.補(bǔ)償原理。設(shè)補(bǔ)償后無(wú)功功率為Qc,使電源輸送的無(wú)功功率減少為Q’=Q-Qc,功率因數(shù)由cosΦ提高到cosΦ’,視在功率S減少到S’,視在功率的減小可相應(yīng)減小供電線路的截面和變壓器的容量,降低供用電設(shè)備的投資。
可知,采用無(wú)功補(bǔ)償措施后,因?yàn)橥?#8204;過(guò)電力網(wǎng)無(wú)功功率的減少,降低了電力網(wǎng)中的電壓損耗,提高了用戶的電壓質(zhì)量。由于越靠近線路末端,線路的電抗X越大,因此越靠近線路末端裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置效果越好。
2.補(bǔ)償?shù)淖?#8204;用。(1)提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù),降低設(shè)備所需容量,減少不必要的損耗;(2)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓,提高電網(wǎng)質(zhì)量,而在長(zhǎng)距離輸電線路中安裝合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力;(3)在三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合,可對(duì)三相視在功率起到平衡作用。
三、功率因數(shù)與功率效率關(guān)系
(一)提高功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)
根據(jù)國(guó)家頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,相應(yīng)減少電費(fèi):(1)高壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.9以上;(2)低壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.85以上;(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶,功率因數(shù)為0.8以上。
根據(jù)“辦法”,補(bǔ)償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜,因?yàn)槌^(guò)此值,電費(fèi)并沒(méi)有減少,相反造成設(shè)備投資增加,有可能造成過(guò)補(bǔ)償程度,等效功率因數(shù)下降。
(二)降低系統(tǒng)的能耗
功率因數(shù)的提高,減少線路中輸送的無(wú)功功率,也就減少了線路輸送的電流中無(wú)功電流成分,降低了線路損耗及變壓器的銅耗。
(三)減少了線路的壓降
由于線路輸送電流降低,造成線路能耗降低,電能損失與電壓平方成反比,系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小,有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。
(四)增加了供電功率,減少了用電容量費(fèi)
對(duì)原有供電設(shè)備在同樣有功功率下,cosφ提高,負(fù)荷電流減小,因此向負(fù)荷傳輸功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備,發(fā)揮了設(shè)備的潛力。對(duì)于新建項(xiàng)目來(lái)說(shuō),降低了變壓器容量,減少了投資費(fèi)用,同時(shí)也減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。
(五)電容補(bǔ)償容量的選定
1.集中補(bǔ)償容量確定。先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算,確定有功功率P和無(wú)功功率Q,補(bǔ)償前功率因數(shù)為cosф1,要補(bǔ)償?shù)?#8204;的功率因數(shù)為cosф2,則補(bǔ)償容量QC=P(tgф1-tgф2)。
2.就地補(bǔ)償電容器容量確定。就地補(bǔ)償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵(lì)磁電流,因為不使電容器造成自勵(lì)是選用電容器容量的必要條件。負(fù)載率越低,功率因數(shù)越低;極數(shù)愈多,功率因數(shù)越低;容量愈小,功率因數(shù)越低。但由于無(wú)功功率主要消耗在勵(lì)磁電流上,隨負(fù)載率變化不大,因此應(yīng)主要考慮電動(dòng)機(jī)容量和極數(shù)這兩個(gè)參數(shù),才能得到最佳補(bǔ)償效果。
四、盡可能提高系統(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)功功率減少負(fù)載取用無(wú)功來(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。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)合理化使用電動(dòng)機(jī)
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)定期檢修
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)同步運(yùn)行
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)。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)配變運(yùn)行
對(duì)負(fù)載率比較低的配變,一般采取“撤、換、并、?！?#8204;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)。
總之,了解影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的幾種方法,我們可以在應(yīng)用的過(guò)程中,根據(jù)具體情況進(jìn)行分析,在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上綜合考慮補(bǔ)償方式,從而達(dá)到電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的,帶來(lái)技術(shù)上的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。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。用戶功率因數(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，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對(duì)于全國(guó)廣大供電企業(yè)、特別是對(duì)現(xiàn)階段全國(guó)性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，若能有效地搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，改善提高用戶功率因?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費(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。當(dāng)有功功率P有一定時(shí)，如減少無(wú)功功率P無(wú)，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)P無(wú)=0時(shí)，則其功率因素=1。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
異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)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的。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。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。因而，為了改善電力系統(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。
（三）電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響
我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要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)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?/p>
低壓無(wú)功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。下面簡(jiǎn)單介紹這三種補(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)。
1. 隨機(jī)補(bǔ)償
隨機(jī)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農(nóng)網(wǎng)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)。
2. 隨器補(bǔ)償
隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無(wú)功，配變空載無(wú)功是農(nóng)網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價(jià)。
隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無(wú)功，限制農(nóng)網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無(wú)功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無(wú)功最有效的手段之一。
3. 跟蹤補(bǔ)償
跟蹤補(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)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
跟蹤補(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。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。
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)功功率減少負(fù)載取用無(wú)功來(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。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。
1. 合理使用電動(dòng)機(jī)（下轉(zhuǎn)第122頁(yè)）
（上接第199頁(yè)）
合理選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，使其接近滿載運(yùn)行。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要注意它們的機(jī)械性能，又要考慮它們的電器指標(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。
2. 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。
3. 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)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。
4. 合理選擇配變?nèi)萘浚纳婆渥兊倪\(yùn)行方式
對(duì)負(fù)載率比較低的配變，一般采取“撤、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)。
功率因數(shù)就是指交流電路有功功率對(duì)視在功率的比值。用戶電器設(shè)備在一定電壓和功率下，該值越高效益越好，發(fā)電設(shè)備越能充分利用，其常用cosΦ表示。
功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。
（來(lái)源：文章屋網(wǎng) ）
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)電能的需求量越來(lái)越大，對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。目前電力網(wǎng)中的電力負(fù)荷如感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)載，在運(yùn)行過(guò)程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無(wú)功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低。為了對(duì)電力負(fù)荷設(shè)備進(jìn)行更好的監(jiān)測(cè)，針對(duì)具體情況采取相應(yīng)的措施，有必要對(duì)電網(wǎng)的功率因數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。在三相電網(wǎng)的功率因數(shù)測(cè)量中，一般假設(shè)電網(wǎng)是三相平衡的，此時(shí)任意一相的功率因數(shù)就相當(dāng)于三相系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于測(cè)量單相功率因數(shù)需要中性點(diǎn)（如果采用三相四線制），在某些應(yīng)用場(chǎng)合有很大的不便，因此本文提出了通過(guò)采樣三相中一相的電流以及另外兩相的線電壓之間的相位差來(lái)得到三相系統(tǒng)的功率因數(shù)的檢測(cè)方法。
由于利用該方法測(cè)量功率因數(shù)的接線方式有12種，每種接線方式的相位關(guān)系又不一樣，所以功率因數(shù)的計(jì)算以及超前滯后的判斷方法也有些差別。因此如何使功率因數(shù)的檢測(cè)與接線方式無(wú)關(guān)將成為一個(gè)重點(diǎn)。由于相關(guān)文獻(xiàn)較少，因此對(duì)與接線無(wú)關(guān)的三相功率因數(shù)檢測(cè)方法進(jìn)行研究有著重要意義。
本文利用電網(wǎng)三相電壓、電流間的相位角關(guān)系，通過(guò)直接檢測(cè)相電流相鄰的方波信號(hào)上升沿的時(shí)間差以及相電流和線電壓的相鄰的兩個(gè)方波的上升沿的時(shí)間差，來(lái)確定功率因數(shù)以及功率因數(shù)的超前滯后情況，從而得到了一種與接線無(wú)關(guān)的三相功率因數(shù)檢測(cè)方法。
1工作原理
設(shè)三相的電壓分別為Ua、Ub、Uc，電流分別為Ia、Ib、Ic，假設(shè)電網(wǎng)三相平衡，則它們的表達(dá)式如下：
Ua＝UmSinωt
Ub＝UmSin(ωt－120°)
Uc＝UmSin(ωt＋120°)
Ia＝ImSin(ωt－φ）
Ib＝ImSin（ωt－φ－120°）
Ic＝ImSin（ωt－φ＋120°）
式中，Um表示每相電壓幅值，Im表示每相電流幅值，ω表示角頻率，表示相電流滯后相電壓的相角（功率因數(shù)角）。由此可以得到：
其中，－Ia表示負(fù)A相電流，－Ib表示負(fù)B相電流，－Ic表示負(fù)C相電流。可見(jiàn)，采用其中一相的相電流和另外兩相的線電壓之間的相位差來(lái)測(cè)量功率因數(shù)的接線方式有12種，分別為：Ia，Ubc；Ia，Ucb；Ib，Uca；Ib，Uac；Ic，Uab；Ic，Uba；－Ia，Ubc；－Ia，Ucb；－Ib，Uca；－Ib，Uac；－Ic，Uab；－Ic，Uba。下面以Ia，UbcI型接線和Ia，UcbII型接線兩種接線方式來(lái)討論的計(jì)算。
1．1I型接線φ的計(jì)算
設(shè)α為Ubc滯后Ia的相角，由于Ia滯后Ua的相角為φ，而Ubc滯后Ua的相角為90°，所以有α＝90°－φ。針對(duì)三種負(fù)載情況，α表達(dá)式如下：
在電路設(shè)計(jì)中，若把A相相電流和Ubc線電壓的采樣信號(hào)放大后，再進(jìn)行上升沿過(guò)零觸發(fā)，即可得到反映相位的方波信號(hào)。針對(duì)純阻性負(fù)載、容性負(fù)載和感性負(fù)載，經(jīng)過(guò)上升沿過(guò)零觸發(fā)后可得到相電流和線電壓的方波信號(hào)，從而得到如圖1（a）所示的一組波形，從上到下分別為相電流與線電壓的正弦波、上升沿過(guò)零觸發(fā)后的方波、純阻性負(fù)載電流與電壓上升沿時(shí)間差、容性負(fù)載電流與電壓上升沿時(shí)間差(圖中取φ＝－45°)、感性負(fù)載電流與電壓上升沿時(shí)間差(圖中取φ＝45°)。τ為相電流與線電壓的上升沿的時(shí)間差，τ的寬度隨φ的變化而變化。
圖1A相相電流與線電壓波形圖
設(shè)T為正弦波的周期，則τ和T滿足下面的表達(dá)式：
顯然，α＝（τ／T）×360°。根據(jù)α與的關(guān)系，可以得到：
因此，針對(duì)A相電流Ia和線電壓Ubc的接線方式，超前滯后的判斷和相位角的絕對(duì)值｜｜的計(jì)算表達(dá)式如下：
T／4＜τ≤T／2，超前；
0≤τ＜T／4，滯后；
｜φ｜＝｜（τ／T）×360°－90°｜（1）
1．2II型接線的計(jì)算
設(shè)α為Ucb滯后Ia的相角，由于Ia滯后Ua的相角為，而Ucb滯后Ua的相角為270°，所以α＝270°－。針對(duì)三種負(fù)載情況，有如下表達(dá)式：
同理，按照Ia、Ubc的分析方法，可以得到如圖1（b）所示的一組波形。此時(shí)τ和T滿足下面表達(dá)式：
顯然，α＝（τ／T）×360°。根據(jù)α與角的關(guān)系，可以得到：
因此，針對(duì)A相電流Ia和線電壓Ucb的接線方式，超前滯后的判斷和相位角的絕對(duì)值｜｜的計(jì)算表達(dá)式如下：
3T／4＜τ≤T，超前；
T／2≤τ＜3T／4，滯后；
｜｜＝｜τ／T×360°－270°｜（2）
1．3與接線無(wú)關(guān)的功率因數(shù)測(cè)量原理
采用同樣的分析方法，可以發(fā)現(xiàn)－Ia，Ucb；Ib，Uca；－Ib，Uac；Ic，Uab；－Ic，Uba等五種接線方式的相對(duì)位置的波形圖與Ia，Ubc接線方式的一樣，其的計(jì)算同式（1）；而－Ia，Ubc；Ib，Uac；－Ib，Uca；Ic，Uba；－Ic，Uab等五種接線方式的相對(duì)位置的波形圖與Ia，Ucb接線方式的一樣，其的計(jì)算同式（2）。
因此，直接檢測(cè)相電流的兩個(gè)相鄰的方波信號(hào)上升沿的時(shí)間差，即可得到周期T；檢測(cè)相電流線電壓的相鄰的兩個(gè)上升沿過(guò)零觸發(fā)方波的上升沿的時(shí)間差，即可得到時(shí)間τ；根據(jù)τ落在周期T的范圍可確定接線方式是屬于I型還是II型，然后參照相應(yīng)的計(jì)算公式可以很容易算出相位角以及超前滯后情況，從而得到三相系統(tǒng)的功率因數(shù)，這樣就可以做到功率因數(shù)的檢測(cè)與具體的三相接線方式無(wú)關(guān)。
2信號(hào)的獲取
由與接線無(wú)關(guān)的三相功率因數(shù)測(cè)量方法的工作原理可知，獲取三相電網(wǎng)中一相的相電流和另外兩相的線電壓信號(hào)是本測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重點(diǎn)。下面簡(jiǎn)述該測(cè)量方法的信號(hào)獲取過(guò)程。
關(guān)鍵詞：功率因數(shù)，研究。
（一）提高功率因數(shù)對(duì)礦山企業(yè)和電力系統(tǒng)的好處如下：
1、提高電力系統(tǒng)供電能力
在發(fā)電和輸、配電設(shè)備的安裝容量一定時(shí)，提高用戶的功率因數(shù)，相應(yīng)減少無(wú)功功率的供給，則在同樣設(shè)備條件下，電力系統(tǒng)輸出的有功率可以增加，增大了電力系統(tǒng)的供電能力。
2.降低輸電線路中的功率損耗
當(dāng)線路額定電壓Un和輸送的有功功率P均保持恒定時(shí)，則網(wǎng)路中的功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比。
3.減少電能傳輸過(guò)程中的電壓損失，提高供電質(zhì)量
由于用戶功率因數(shù)的提高，使網(wǎng)路中的電流減少。因此，網(wǎng)路的電壓損失減少，網(wǎng)路末端用電設(shè)備的電壓質(zhì)量提高。
4.降低電能成本
由于從發(fā)電廠發(fā)出的電能有一定的總成本，提高功率因數(shù)可減少網(wǎng)路和變壓器中的電能損耗，在發(fā)電設(shè)備容量不變的情況下，供給用戶的電能就相應(yīng)增多了，每度電的總成本就會(huì)降低。
由上述原因可知，提高用戶功率因數(shù)對(duì)充分利用現(xiàn)有的輸電、配電及電源設(shè)備，保證供電質(zhì)量，減少電能損失，降低產(chǎn)品的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。所以，我國(guó)電力部門實(shí)行電力獎(jiǎng)懲制度。對(duì)于功率因數(shù)高于0.9的給予獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)于功率因數(shù)低于0.9的進(jìn)行處罰。
（二）提高功率因數(shù)的方法
當(dāng)有功功率戶一定時(shí)，減少無(wú)功功率便能提高功率因數(shù)。交流用電設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、變壓器等建立磁場(chǎng)需要激磁無(wú)功功率Q1，同時(shí)還消耗漏磁無(wú)功功率Q2。其所需要的無(wú)功功率為
Q=Q1+Q2
其中
式中 Φm——交流磁通最大值，Wb；
Bm——磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值，T；
f———交流電的頻率，Hz；
Rμ——磁路的磁阻，1/H；
μ——磁路的磁導(dǎo)率，H/m；
V——磁路的體積，m3；
U——激磁電壓，V；
I——負(fù)荷電流，A；
X2———漏磁感抗，Ω；
K、K'、K"——常數(shù)。
由式（2—39）和式（2—40）可知，提高功率因數(shù)的方法如下：
1.正確選擇電氣設(shè)備
（1）選氣隙小、磁阻Rμ小的電氣設(shè)備。如選電動(dòng)機(jī)時(shí)，若沒(méi)有調(diào)速和啟動(dòng)條件的限制，則應(yīng)盡量選擇鼠籠式電動(dòng)機(jī)。
（2）同容量下選擇磁路體積小的電氣設(shè)備。如高速開(kāi)啟式電機(jī)，在同容量下，體積小于低速封閉式和隔爆型電機(jī)。
（3）不需要調(diào)速、持續(xù)運(yùn)行的大容量電機(jī)，如主要通風(fēng)機(jī)等，有條件時(shí)可選擇同步電動(dòng)機(jī)，使其過(guò)激磁運(yùn)行，提供超前無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，使電網(wǎng)總的無(wú)功功率減小。
2.電氣設(shè)備運(yùn)行合理
（1）消除嚴(yán)重欠載運(yùn)行的電機(jī)和變壓器。對(duì)于負(fù)荷小于40%額定功率的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在能滿足啟動(dòng)、工作穩(wěn)定性等要求條件下，應(yīng)以小容量電機(jī)更換或?qū)⒃瓰槿切谓臃ǖ睦@組改為星形接，降低激磁電壓。對(duì)于變壓器，當(dāng)其平均負(fù)荷小于額定容量的30%時(shí)，應(yīng)更換變壓器或調(diào)整負(fù)荷。
（2）合理調(diào)度安排生產(chǎn)工藝流程，限制電氣設(shè)備空載運(yùn)行。
（3）提高維護(hù)檢修質(zhì)量，保證電機(jī)的電磁特性符合標(biāo)準(zhǔn)。
3.人工補(bǔ)償無(wú)功功率
礦山企業(yè)為了使功率因數(shù)達(dá)到規(guī)定值以上，一般都采用并聯(lián)電容器的方法進(jìn)行人工補(bǔ)償。電力電容器具有投資省、有功功率損失小、運(yùn)行維護(hù)方便、故障范圍小等優(yōu)點(diǎn)。
電容器的缺點(diǎn)是當(dāng)通風(fēng)不良或因電網(wǎng)高次諧波造成電容器過(guò)負(fù)荷使運(yùn)行溫度過(guò)高時(shí)，易出現(xiàn)外殼鼓肚、漏油，甚至爆炸和引起火災(zāi)。因此，規(guī)定電容器組應(yīng)獨(dú)立設(shè)室。
若補(bǔ)償前功率因數(shù)為 ， 補(bǔ)償后提高到 ，如圖2—6所示，則補(bǔ)償所用的電力電容器容量應(yīng)為
式中 Pav——全礦有功平均負(fù)荷，kW；
PcaΣ——全礦有功計(jì)算負(fù)茶，kW；
Kav——平均負(fù)荷系數(shù)，
上式是按全礦平均負(fù)荷計(jì)算的所需補(bǔ)償電容量，過(guò)去也有按全礦最大負(fù)荷PcaΣ進(jìn)行計(jì)算的。
如果按 PcaΣ計(jì)算所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率Qc，則當(dāng)P
在提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)時(shí)，應(yīng)選擇并聯(lián)電容器。電容器的額定電壓應(yīng)與其接人電網(wǎng)的工作地點(diǎn)電壓相適應(yīng)。
因每臺(tái)電容器的無(wú)功容量為Qcl=ωClU2，可知電容器的實(shí)際補(bǔ)償量與其端電壓的平方成正比，所以電容器（柜）的數(shù)量N可按下式確定：
式中Qcl——每個(gè)電容順（柜）的容量，kvar；
U——電容器裝設(shè)處的電網(wǎng)電壓，kV；
UN.c——電容器的額定電壓，kV。
每相所需電容器臺(tái)數(shù)為
（三）電容器的補(bǔ)償方式和連接方式
1.電容器的補(bǔ)償方式
電容器的補(bǔ)償方式有三種，即單獨(dú)就地補(bǔ)償方式、分散補(bǔ)償方式和集中補(bǔ)償方式。
（1）單獨(dú)就地補(bǔ)償方式。將電容器直接與用電設(shè)備并聯(lián)，共用一套開(kāi)關(guān)設(shè)備。這種補(bǔ)償方式的特點(diǎn)是補(bǔ)償效果最好，不但能減少高壓電源線路和變壓器的無(wú)功負(fù)荷，而且能減少干線和分支線的無(wú)功負(fù)荷。其缺點(diǎn)是電容器將隨著用電設(shè)備—同工作和停止，所以利用率較低，投資大，管理不方便。這種補(bǔ)償方式只適用于長(zhǎng)期運(yùn)行的大容量電氣設(shè)備及所需無(wú)功補(bǔ)償容量較大的負(fù)荷，或由較長(zhǎng)線路供電的電氣設(shè)備。
（2）分散補(bǔ)償方式。將全部電容器分別安裝于各配電用戶的母線上，各處電壓等級(jí)可能不同。這種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是電容器的利用率比單獨(dú)就地補(bǔ)償方式高，能減少高壓電源線路和變壓器中的無(wú)功負(fù)荷。其缺點(diǎn)是不能減少干線和分支線的無(wú)功負(fù)荷，操作不夠方便，初期投資較大。
在供用電系統(tǒng)中除了有功電源還有無(wú)功電源，兩者缺一不可，感性負(fù)載過(guò)多時(shí)，其功率因數(shù)都較低，影響了線路及配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就必須通過(guò)合理配置無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約電能，降低損耗的目的。
1功率因數(shù)與無(wú)功功率的關(guān)系
電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cosφ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosφ=P/S。
P2+Q2=S2
在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無(wú)功功率可以降到最小。
2輸配電線路的有功功率損耗與功率因數(shù)的關(guān)系
由于導(dǎo)線存在著電阻，電流通過(guò)線路時(shí)，線路自身產(chǎn)生有功功率損耗，其有功功率損耗又與電流平方成正比。所以，線路在輸送一定的有功功率時(shí)，線路自身產(chǎn)生的有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比，提高功率因數(shù)就能降低線路的有功功率損耗。
3變壓器的銅損耗與功率因數(shù)的關(guān)系
變壓器在運(yùn)行中，輸出一定的有功功率時(shí)，其銅損耗與變壓器所帶負(fù)荷視在功率的平方成正比，而視在功率又與變壓器的功率因數(shù)成反比，所以，提高功率因數(shù)就能使變壓器的銅損耗下降。
4變壓器所需容量與功率因數(shù)的關(guān)系
由于變壓器在輸出一定有功功率時(shí)，其視在功率與變壓器的功率因數(shù)成反比，所以當(dāng)變壓器輸出一定有功功率時(shí)，功率因數(shù)提高就能減少變壓器的需要容量，從而提高變壓器的供電能力。
二、提高功率因數(shù)
一影響功率因數(shù)的主要因素
1大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功耗占了60%～70%；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60%～70%。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)行并盡可能的提高負(fù)載率。
2變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3.因而，為了改善電力系統(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)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
3供電電壓超過(guò)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，供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般無(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。
二無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊话惴绞?/p>
1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)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來(lái)減少各種用電設(shè)備所消耗的無(wú)功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法：
1） 合理選擇電動(dòng)機(jī)的容量，使其接近滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
2） 對(duì)實(shí)際負(fù)荷不超過(guò)額定容量40%的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)更換為小容量電動(dòng)機(jī)。
3） 合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，應(yīng)限制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
4） 正確選擇變壓器，提高變壓器的負(fù)荷率（一般為75%～80%較為合適）。對(duì)于負(fù)荷率低于30%的變壓器，應(yīng)予以更換。
5） 對(duì)于負(fù)荷率在60%～90%的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，必要時(shí)可以使其同步化，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可以向電力系統(tǒng)輸出無(wú)功功率。
2人工補(bǔ)償功率因數(shù)
用戶功率因數(shù)僅靠提高自然功率因數(shù)一般是不能滿足要求的，因此，還必須進(jìn)行人工補(bǔ)償，無(wú)功補(bǔ)償通過(guò)采用的方法主要有3種：低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。
1） 低壓個(gè)別補(bǔ)償
低壓個(gè)別補(bǔ)償就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無(wú)功的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。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)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行（如大中型異步電動(dòng)機(jī)）的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主。低壓個(gè)別補(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)備也推出，因此不會(huì)造成無(wú)功倒送。具有投資少、占位小，安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。
2） 低壓集中補(bǔ)償
低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率。
3） 高壓集中補(bǔ)償
高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。
3無(wú)功電源
電力系統(tǒng)的無(wú)功電源除了同步電機(jī)外，還有靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，除電容器外，其余幾種既能吸收容性無(wú)功又能吸收感性無(wú)功。
1） 同步電機(jī)
同步電機(jī)中有發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)3種。同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無(wú)功電源，以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主，向系統(tǒng)提供無(wú)功，但必要時(shí)，也可以減小勵(lì)磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂的“進(jìn)相運(yùn)行”，以吸收系統(tǒng)多余的無(wú)功。同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是能在欠勵(lì)或過(guò)勵(lì)的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無(wú)功，裝有自勵(lì)裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無(wú)功功率。但他有功損耗大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、影響速度慢、進(jìn)來(lái)已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。
2） 并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無(wú)功電源，由于通過(guò)電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，并聯(lián)電容器本身功耗很小，裝設(shè)靈活，節(jié)省投資；由它向系統(tǒng)提供無(wú)功可以改善功率因數(shù)，減少由發(fā)電機(jī)提供的無(wú)功功率。
3） 靜止無(wú)功補(bǔ)償器
靜止無(wú)功補(bǔ)償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對(duì)于控制信號(hào)反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受控制。當(dāng)電壓變化靜止補(bǔ)償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?，同時(shí)還能做到分相補(bǔ)償；對(duì)于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷有效較強(qiáng)的適應(yīng)性；但由于晶閘管控制對(duì)電抗器的投切過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，為此需加專門的濾波器。
4） 靜止無(wú)功發(fā)生器
居民生活和工業(yè)用電量的逐步增加，電力資源日益緊張，相關(guān)節(jié)能降損的要求愈來(lái)愈受到國(guó)家和社會(huì)的重視。在供電系統(tǒng)中，合理采用節(jié)能技術(shù)，提高相關(guān)工作效率和供電效率，想方設(shè)法減少能力損耗是當(dāng)前供電電路進(jìn)行工作時(shí)需要考慮的主要部分。供電系統(tǒng)中可采用的節(jié)能降損的技術(shù)可以從多方面來(lái)開(kāi)展，變壓器功率損耗便是其中一種，主要有改善功率因數(shù)，選擇節(jié)能變壓器，合理調(diào)配變壓器的負(fù)荷和容量，選擇運(yùn)行方式提高工作效率。本文主要針對(duì)變壓器功率因數(shù)的改善來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
一、 功率因數(shù)相關(guān)問(wèn)題
變壓器運(yùn)行時(shí)所帶實(shí)際負(fù)荷與其額定功率的比值稱為負(fù)載系數(shù)，運(yùn)行時(shí)的功率損失簡(jiǎn)稱功耗，每傳輸單位電功率的損耗叫功率損耗率并簡(jiǎn)稱功耗率。變壓器等設(shè)備中功率是重要的參數(shù)，功率因數(shù)是在供電系統(tǒng)中采用的重要技術(shù)指標(biāo)。在電器工作過(guò)程中，一方面消耗有功功率，另一方面有大量的無(wú)功功率被輸送給負(fù)荷，功率因數(shù)便是反應(yīng)用電設(shè)備在消耗有功功率時(shí)所需要的無(wú)功功率。對(duì)負(fù)荷來(lái)說(shuō)，用電設(shè)備多為感性負(fù)載，功率因數(shù)相對(duì)降低，便影響變壓器和線路的良好運(yùn)行造成較大的浪費(fèi)。
二、無(wú)功功率和功率因數(shù)的調(diào)整
在供電電路中可以通過(guò)配置合理的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低損耗，達(dá)到節(jié)約電能的目的。
1) 無(wú)功功率和功率因數(shù)的關(guān)系
功率因數(shù)是指交流電路中電壓與電流的相位差的余弦，用符號(hào)cosΦ表示，在數(shù)值上是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。
無(wú)功功率是指在電器運(yùn)行中根據(jù)電磁感應(yīng)原理，為了建立相應(yīng)的工作條件，如變壓器依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。所謂"無(wú)功功率"并不是"無(wú)用"的電功率，而是它的功率并不轉(zhuǎn)化為使用的熱能、機(jī)械能；因此供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源，還需要無(wú)功電源，兩者缺一不可。無(wú)功功率在電路系統(tǒng)中占用供配電設(shè)備的規(guī)模容量，同時(shí)增大了線路損耗，容易造成輸電電網(wǎng)電壓下降，影響電能傳送質(zhì)量和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行能力。
功率因數(shù)衡量電氣設(shè)備運(yùn)行效率高低的重要參數(shù)，如與電路的負(fù)載有密切的關(guān)系，功率因數(shù)較低，說(shuō)明在工作中，用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中使用的無(wú)功功率較大，設(shè)備電能的利用率較低，線路供電損失較大。在相關(guān)管理標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)用電電氣和單位的功率因數(shù)具有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。
提高電器的功率因數(shù)，要增加相應(yīng)的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備降低無(wú)功功率損耗，在提高電氣的功率因數(shù)的方案中，通常采用靜電電容器的方式來(lái)實(shí)施。靜電電容器重量輕、投資少、故障范圍小、安裝方便、易于維護(hù)、有功功率損耗小等，在運(yùn)行中能夠具有自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。安裝靜電電容器的方法在供用電系統(tǒng)中和相關(guān)電氣設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。
2) 變壓器功率因數(shù)與有功功率損耗的關(guān)系
變壓器運(yùn)行過(guò)程中，需要損耗相當(dāng)?shù)臒o(wú)功功率，通常銅損耗和負(fù)荷視在功率的平方成正比，視在功率和變壓器的功率因數(shù)成反比。通過(guò)提高功率因數(shù)可以降低視在功率，進(jìn)而降低變壓器運(yùn)行過(guò)程中損耗的無(wú)功功率，提高運(yùn)行效率。
3)功率因數(shù)與變壓器容量關(guān)系
變壓器工作過(guò)程中，應(yīng)確保負(fù)載系數(shù)接近或等于最佳負(fù)載系數(shù)，變壓器輸出有功功率時(shí)，需用容量與變壓器功率因數(shù)成反比，在輸出一定的有功功率時(shí)，提高功率因數(shù)可以降低變壓器的需用容量，進(jìn)而提高變壓器的供電能力。一是額定容量滿足最大負(fù)載需要，另一個(gè)是選擇變壓器負(fù)載系數(shù)在經(jīng)濟(jì)節(jié)能區(qū)，負(fù)荷長(zhǎng)期發(fā)展的要求。對(duì)于較難符合的負(fù)載需要采用一大一小的方式實(shí)現(xiàn)輪番供電以滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
在具體設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，需要按照實(shí)際用電電器的性質(zhì)和參數(shù)波動(dòng)情況，給出變壓器運(yùn)行狀態(tài)，使得負(fù)荷處在變壓器的經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)運(yùn)行，可以根據(jù)變壓器次級(jí)電流表監(jiān)視和對(duì)照，采用調(diào)整負(fù)荷或功率因數(shù)的方式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的高效和節(jié)能。
4)功率因數(shù)與線路的有功功率損耗
前言：自然功率因數(shù)是指用電設(shè)備沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說(shuō)用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備負(fù)荷的性質(zhì)，如電阻性用電設(shè)備（白熾燈、電阻爐等）的功率因數(shù)就比較高，而電感性用電設(shè)備（熒光燈、異步電動(dòng)機(jī)等）的功率因數(shù)就比較低。
如果能有效提高系統(tǒng)的自然功率因數(shù)，就能夠使發(fā)、供電和用電等部門均得到明顯的效益。提高自然功率因數(shù)是指不用任何補(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)提高功率因數(shù)的方法。它不需增加投資，是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。
1.電動(dòng)機(jī)
1.1 合理地選擇和使用電動(dòng)機(jī)
無(wú)功功率用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁占電力系統(tǒng)總無(wú)功功率的70%左右，合理選用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是提高自然功率因數(shù)的重要措施之一。因此，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)在75%以上的負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，盡量減少備用容量，否則不僅降低功率因數(shù)，增加電耗，而且也增加設(shè)備及供電系統(tǒng)的投資。
1.2 適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓
由異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率與端電壓的關(guān)系曲線可知，對(duì)于輕載運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，可適當(dāng)降低運(yùn)行電壓，以提高自然功率因數(shù)和節(jié)約電力、電能。降低運(yùn)行電壓的方式有兩種：（1）對(duì)于有專變供電的電動(dòng)機(jī)，可改變變壓器的分接開(kāi)關(guān)，或加裝專用自耦接觸式調(diào)壓器、旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)調(diào)壓器和補(bǔ)償式調(diào)壓器，以適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)供電電壓；（2）改變電動(dòng)機(jī)內(nèi)部接線。對(duì)于輕載電動(dòng)機(jī)可將三角形接線改為星形接線（適用于負(fù)荷率為40%及以下） 來(lái)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓，提高自然功率因數(shù)及效率。
1.3 安裝空載自動(dòng)斷電裝置
對(duì)于存在周期性空載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，可安裝空載自動(dòng)斷電裝置，以控制電動(dòng)機(jī)的空載損失。因?yàn)榭蛰d時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率占額定負(fù)荷時(shí)所消耗的無(wú)功功率的60% ～70%，所以，此辦法可以使電動(dòng)機(jī)的自然功率因數(shù)顯著提高。
1.4 提高電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量
由于震動(dòng)或彎曲，以及軸承的磨損或偏心，使電動(dòng)機(jī)的氣隙不均或過(guò)大，以及磁阻增大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率需求量增加。因此，應(yīng)定期檢修電動(dòng)機(jī)并提高檢修質(zhì)量。電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行費(fèi)用大于成本費(fèi)用的機(jī)械設(shè)備，必要時(shí)應(yīng)淘汰舊電動(dòng)機(jī)，更換為新電動(dòng)機(jī)。
2.變壓器
2.1 合理選擇與使用變壓器
合理選擇變壓器的容量，低損耗變壓器的最佳負(fù)荷率為50%。及時(shí)切除空載變壓器，減少變壓器的空載損失。對(duì)變壓器實(shí)行并聯(lián)運(yùn)行以及對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器根據(jù)其負(fù)荷變化的特點(diǎn)實(shí)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行電壓情況及時(shí)調(diào)整變壓器的分接開(kāi)關(guān)，防止變壓器過(guò)激磁。
2.2 均衡變壓器負(fù)荷
對(duì)于多臺(tái)變壓器的用戶，均衡各變壓器負(fù)荷可以減少變壓器阻抗中的無(wú)功損耗，因而提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)。均衡變壓器的負(fù)荷還有降低變壓器有功損耗、改善電壓質(zhì)量等作用。與此相似，當(dāng)有多回低壓架空線平行架設(shè)時(shí)，將其改造為并聯(lián)運(yùn)行，亦可以減少有功損耗、無(wú)功損耗和電壓損耗，同時(shí)還可以改善電壓偏低時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件。
2.3 停運(yùn)空載變壓器
變壓器空載時(shí)的無(wú)功損耗為，停運(yùn)空載變壓器可以減少無(wú)功損耗，提高自然功率因數(shù)。例如， 某S N ＝100kVA 的變壓器，I0 % ＝2.5，則停運(yùn)空載變壓器可節(jié)省2.5kvar 無(wú)功功率，同時(shí)還可以節(jié)省有功損耗。
3.采用電纜供電或減小架空線幾何均距
在經(jīng)濟(jì)條件許可的情況下，采用電纜供電可提高自然功率因數(shù)。這是因?yàn)殡娎|線路的電抗為零，因而電纜供電沒(méi)有無(wú)功損耗。此外，電纜線路的電容電流較大，有一定的無(wú)功補(bǔ)償作用。減小架空線幾何均距可以減小線路電抗，從而減少線路的無(wú)功損耗，達(dá)到提高自然功率因數(shù)的目的。采用小截面多回路的供電方式，也可以減小線路電抗，從而減少線路無(wú)功損耗。
4.星角變換
利用星形―三角形變換提高自然功率因數(shù)對(duì)于三角形接法的輕載電動(dòng)機(jī)可以改為星形接法，實(shí)行降壓運(yùn)行，以達(dá)到提高自然功率因數(shù)和節(jié)約電力的目的。但是，這種改接方法必須滿足兩個(gè)條件：（1）電動(dòng)機(jī)必須具有在臨界負(fù)荷率以下穩(wěn)定運(yùn)行的工作狀態(tài)；（2）在大于臨界負(fù)荷率區(qū)，應(yīng)無(wú)星形接法穩(wěn)定運(yùn)行的工作狀態(tài)。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于臨界負(fù)荷率βL 以下工作狀態(tài)時(shí)， 直接將電動(dòng)機(jī)改為星形接法，其提高的功率因數(shù)和節(jié)電效果最為明顯。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于輕載、重載兩檔運(yùn)行時(shí)，采用三角形一星形自動(dòng)切換裝置，可較好地提高功率因數(shù)而獲得節(jié)電效果。只有當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率β小于βL 時(shí)，實(shí)行三角形―星形改接才有實(shí)際意義。由于電機(jī)極數(shù)不同，臨界負(fù)荷率βL 就不同。
實(shí)踐證明，當(dāng)電動(dòng)機(jī)從空載至30%負(fù)荷變化時(shí)，由三角形變?yōu)樾切芜\(yùn)行，其效率和功率因數(shù)的提高都是十分顯著的。
5.調(diào)整負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)均衡用電
供電電網(wǎng)負(fù)荷的大幅度變化，將增加供電設(shè)備的容量和線損。因?yàn)樨?fù)荷曲線峰谷差大，則負(fù)荷曲線形狀系數(shù)K 值也大。根據(jù)計(jì)算電能損耗的等值功率法，在供電量相同的情況下，等效功率大，無(wú)功電能損耗也大。如果K＝1 時(shí)，無(wú)功線損為100%，則當(dāng)K＝1.05時(shí)，線損增加10%；當(dāng)K＝1.1時(shí)，線損增加21%；當(dāng)K＝1.2時(shí)，線損增加44%。因此，搞好調(diào)整負(fù)荷工作是降損節(jié)電的重要環(huán)節(jié)之一。在供用電管理工作中，應(yīng)當(dāng)重視負(fù)荷調(diào)整，實(shí)行高峰讓電、限電，有計(jì)劃地安排中午、后夜填谷負(fù)荷。
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