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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)的大小與電路的負荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負載的電路功率因數(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)備效率高低的一個系數(shù)。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
沙隆達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3萬噸，燒堿6萬噸，化工原料及中間體30萬噸，自采鹽礦20萬噸。下屬能源動力廠主要負責(zé)水、電、汽、冷等能源的管理和運行。我廠電力系統(tǒng)總裝機容量為47500KVA，設(shè)有一個110KV變電站、4個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，整流變壓器4臺，年用電量2億多千瓦時，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，可以達到0.95，但由于整流裝置的存在，諧波分量也比較重。其它動力負荷主要是異步電動機，平均功率因數(shù)很低，我廠主要針對低壓配電網(wǎng)絡(luò)進行補償，補償前整個電力系統(tǒng)的功率因數(shù)只有0.87，補償后整個電力系統(tǒng)功率因數(shù)可以達到0.95以上。
影響我廠功率因數(shù)的主要原因及對策：
一、異步電動機對功率因數(shù)的影響
我廠絕大部分動力負荷都是異步電動機， 異步電動機轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素，而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。因此，在選擇異步電動機時，既要注意它們的機械性能，又要考慮它們的電器指標(biāo)，合理選擇異步電動機的型號、規(guī)格和容量，使其處于經(jīng)濟運行狀態(tài)，若電動機長期處于低負載下運行，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)的觀點出發(fā)，必須正確的合理的選擇電動機的容量。其次，要提高異步電動機的檢修質(zhì)量，因為異步電動機定子繞組匝數(shù)變動和電動機定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的影響。
二、電力變壓器對功率因數(shù)的影響
電力變壓器的無功功率消耗，是由于變壓器的變壓過程是由電磁感應(yīng)來完成的，是由無功功率建立和維持磁場進行能量轉(zhuǎn)換的。沒有無功功率，變壓器就無法變壓和輸送電能。變壓器消耗無功的主要成分是它的空載無功功率，提高變壓器的功率因數(shù)就必須降低變壓器的無功損耗，避免變壓器空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。
三、整流裝置對功率因數(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，嚴重影響并聯(lián)電容的運行。盡可能減少諧波分量的產(chǎn)生是消除整流裝置對功率因數(shù)補償設(shè)備影響的根本辦法。整流機組的網(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)，這時單套6脈波整流的工作原理不變，只是一臺整流變壓器通過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，達到了最大限度抑制諧波分量，減少了諧波分量對電容運行的影響的目的。
我廠對提高功率因數(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、電動機負載率、調(diào)整負荷結(jié)構(gòu)，使功率因數(shù)達到最佳。
二、并聯(lián)移相電容提高功率因數(shù)
由于我公司實際生產(chǎn)工藝中沒有使用同步電機，所以我們采用并聯(lián)移相電容器的方式進行功率因數(shù)補償。
（一）、補償方式的選擇：
根據(jù)移相電容器在工廠供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補償、低壓成組補償和低壓分散補償三種方式。
高壓集中補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，這種補償方式只能補償10KV母線前（電源方向）所有線路上的無功功率，而此母線后的廠內(nèi)線路沒有得到無功補償，所以這種補償方式的經(jīng)濟效果較后兩種補償方式差。同時因我廠存在整流裝置，雖然我們對其進行了調(diào)整，但仍然不能完全避免諧波分量的產(chǎn)生。如采用高壓集中補償，會對高壓電容器的安全運行造成嚴重影響。
低壓分散補償，又稱個別補償，是將移相電容器分散地裝設(shè)在各個車間或用電設(shè)備的附近。這種補償方式能夠補償安裝部位前的所有高低壓線路和變電所主變壓器的無功功率，因此它的補償范圍最大，效果也較好。但是這種補償方式總的設(shè)備投資較大，且電容器在用電設(shè)備停止工作時，它也一并被切除，所以利用率不高。
低壓成組補償是將移相電容器裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上，這種補償方式能補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)的無功功率，其補償范圍較大。由于這種補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，而且它安裝在變電所低壓配電室內(nèi)，運行維護方便。同時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)定運行。
綜合以上三種補償方式的優(yōu)缺點，根據(jù)我廠的實際情況，我們選擇了低壓成組補償方式。
（二）、補償容量的確定
對于車間變（配）電所，安裝的容性無功量應(yīng)等于裝置所在母線上的負載按提高功率因數(shù)所需補償?shù)娜菪詿o功量與變壓器所需補償?shù)娜菪詿o功量之和。
負載所需補償?shù)难b置容量Kvar（千乏）按下式考慮
QC1=P（tgφ1-tgφ2）
Qc1——負荷所需補償?shù)娜菪詿o功量(Kvar)
P——母線上的平均有功負荷功率
φ1——補償前的功率因數(shù)角
φ2——補償后的功率因數(shù)角
2)變壓器所需補償?shù)难b置容量Kvar（千乏）按下式考慮：
QC2= (UK%/100+IO%/100 ) Se
Qc2——變壓器所需補償?shù)娜菪詿o功量(Kvar)
Uk％——變壓器阻抗電壓的百分數(shù)
I0％——變壓器空載電流的百分數(shù)
Se——變壓器額定容量（KVA）
（三）、低壓成組補償設(shè)備的選擇：
選擇補償設(shè)備，應(yīng)在充分考慮安全性的同時，根據(jù)各廠實際情況，從實用性、可靠性入手，將費效比最大化。
1、投切方式的選擇：
電容投切有兩種方式：人工投切和自動投切。人工投切對運行人員是件繁重的工作，且難以實現(xiàn)及時準(zhǔn)確地操作，影響供電電壓質(zhì)量。我們采用自動投切方式?？蓪崿F(xiàn)電容器的自動投切，我們采用了JKG系列無功功率自動補償控制器，這種控制器能隨意設(shè)定投入門限、投入延時、切除延時、過壓門限、過壓延時、欠流切除等參數(shù)，能自動跟蹤功率因數(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，最高過電壓110％額定電壓，最高過電流130％額定電流。
電容容量的確定要考慮到開關(guān)、接觸器的容量，補償梯度大小對電氣設(shè)備的影響及維修成本，還有各廠實際使用習(xí)慣。我廠廣泛采用18 Kvar三相移相電容器，我們認為其補償梯度合理，設(shè)備費效比高。
額定電壓的確定要考慮到變壓器低壓母線電壓的波動和補償后母線電壓升高的因素，并聯(lián)補償移相電容器的額定電壓應(yīng)大于并聯(lián)補償移相電容器的實際工作電壓。
3、斷路器的選擇
QF1—QFn為單臺電容器提供主保護，我廠選用GV3—M40施耐德空氣開關(guān)。該開關(guān)具有過流和速斷保護功能，我們一般將空開過流整定值整定在30A左右，可有效保護電容過電流。該開關(guān)分斷能力強，分斷電流可達35KA，可靠性也比較高，單臺電容器故障時能可靠切除，不影響其它電容器的運行。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流和速斷保護功能，動作準(zhǔn)確可靠，分斷能力極強，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。采用上述兩種開關(guān)后，我們完全可以將電容故障限制在電容柜內(nèi)，而不對配電系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
補償效果：
通過對全廠供配電系統(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)的容性無功，補償多余的感性無功，使我廠實際功率因數(shù)提高到0.95以上，補償效果明顯。
減少供電損耗，節(jié)約電費
以線損為例，我廠年用電量約為2億千瓦時，補償前線損率約為5％，補償后功率因數(shù)從0.87提高到0.95，則每年可減低線損約為200萬千瓦時，按每度電0.4元計算，可節(jié)約電費開支80萬元，加上電力系統(tǒng)功率因數(shù)獎60萬元，每年共計節(jié)約電費開支140萬元。
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：TM933.3+1
引言：
礦井供用電設(shè)備功率因數(shù)的高低，對于電力系統(tǒng)有很大的影響。因為，礦井供用電設(shè)備功率因數(shù)底，所需要的無功功率多，需要發(fā)電廠大量發(fā)出無公功勞，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（負載）都同時含有電阻和電感，也稱感性負載，如：異步電動機，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、電容元件則都是儲能元件，p=0，它們不消耗功率，只與電源進行能量交換。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)的高低對發(fā)電機、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，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：一臺交流發(fā)電機、額定參數(shù)為：Ve=1000V、Ie=100I、Se=100kVA，問當(dāng)負載功率因數(shù)分別為：COSφ1= 0.8、COSφ2= 0.2時，這臺發(fā)電機能發(fā)出多少有功功率？則
P1=VeIe COSφ1=80000W P2=VeIe COSφ2=20000W 。
所以，同一個電源設(shè)備，由于負載的COSφ高低不同，設(shè)備的發(fā)揮有著明顯差別。這是值得注意的問題。當(dāng)電動機的負載率從小逐漸增大時，功率因數(shù)也從小逐漸增大。一般電動機的負載率在0.8左右時效率和功率因數(shù)最高。負載率低于0.8以下時，效率和功率因數(shù)下降。當(dāng)負載率底于0.5 以下時，功率和功率因數(shù)急劇下降，此時電力損耗較多。因此，必須合理選擇電動機容量，使其接近滿載運行。
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。實際負載大多數(shù)是電感性的，感性負載 通過具有rL 、xL的導(dǎo)線聯(lián)至電源。感抗雖然不消耗功率，但當(dāng)它與電源進行能量交換時，必須要在連接電源與負載的導(dǎo)線上引起功率消耗。就是說，電源向負載輸送的能量，除了負載中電阻成分消耗的以外，還包括電感中的磁場能。但后一部分能量并沒有被消耗掉，而是在一定時期內(nèi)送回電源，這樣一來一往自然會在線路上產(chǎn)生功率損耗，如果負載電抗成分大即功率底，而且是遠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）正確選擇電動機容量，使其接近滿載運行。
當(dāng)電動機的負載率從小逐漸增大時，功率因數(shù)也從小逐漸增大。一般電動機的負載率在0.8左右時效率和功率因數(shù)最高。當(dāng)負載率低于0.8以下時，效率和功率因數(shù)下降。當(dāng)負載率低于0.5以下時，效率和功率因數(shù)急劇下降，此時電力損耗較多，如下圖所示：
因此，必須合理選擇電動機容量，使其接近滿載運行。如有電動機輕載運行時，可以選用容量適當(dāng)?shù)碾妱訖C進行更換。更換電動機之前，應(yīng)當(dāng)掌握原有電動機的起動情況。
（二）對于輕負荷的異步電動機，可以降低電壓運行。
對于一千伏以下，負載率經(jīng)常小于35 ～ 40 %的異步電動機，可采用電動機外部或內(nèi)部改接線的方法實現(xiàn)降壓運行。
1、 電動機外部改接線
1） 當(dāng)需要大的起動轉(zhuǎn)矩時，起動時接成三角形，運行時換接成星形。
2） 當(dāng)不需要大的起動轉(zhuǎn)矩時，可將其接成星形。
這種方法只適用于電動機的接線盒內(nèi)具有六個接線柱的情況。
2、 電動機內(nèi)部改接線
凡不具備外部改接線條件的電動機，可采用改變內(nèi)部接線的方法。對于負載率很底僅達25%左右的異步電動機，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，也會消耗很多的電能。因此，必須將平均負荷率小于30%的變壓器用容量適當(dāng)?shù)淖儔浩鬟M行替換。但當(dāng)變壓器的平均負荷率大于30%時，應(yīng)該結(jié)合具體情況進行技術(shù)經(jīng)濟比較。通常，負載率大于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機代替異步電動機
凡是在生產(chǎn)條件許可的情況下，均可采用同步電動機代替異步電動機。大家知道，同步電動機在過激磁時，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機的地方，盡量不用繞線型異步電動機
凡是可以用鼠籠型異步電動機的地方，應(yīng)盡量不用繞線型異步電動機。這是因為同容量同轉(zhuǎn)速的鼠籠型異步電動機比繞線型異步電動機的功率因數(shù)提高5%，效率也高3%左右。
2-2、人工補償提高功率因數(shù)的方法
（一）在感性負載兩端并聯(lián)適當(dāng)電容可以提高電路的功率因數(shù)，并聯(lián)電容可以在負載功率及端電壓不變的條件下，減小電流的無功分量，如下圖所示：
感性負載并接電容器
（二）同步補償機 對于區(qū)域電網(wǎng)的電壓和功率因數(shù)特別低時，可采用同步補償機補償?shù)姆椒?。由于同步補償機價格很貴，所以礦井供電一般不采用同步補償機。
（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、容易維護等優(yōu)點。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：希望從事電力工程的同志，關(guān)心重視這一問題，因為它關(guān)系到國民經(jīng)濟的發(fā)展，急需的電能是否合理應(yīng)用的問題。
參考文獻
[1]劉介才主編.工廠供電. 北京：機械工業(yè)出版社，2012.
[2]李汝火主編. 電氣節(jié)能技術(shù).北京：水利電力出版社，2010.
中圖分類號:TM715文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374 (2010)12-0093-02
功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項重要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo),在電力系統(tǒng)中,隨著變壓器和交流電動機等電感性負載的廣泛使用,電力系統(tǒng)的供配電設(shè)備中經(jīng)常流動著大量的感性無功電流。這些無功電流占用大量的供配電設(shè)備容量,同時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,還需大量的無功功率由電源送往負荷,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所需的無功功率。作為解決問題的辦法之一,就是采用無功功率補償裝置,使無功功率就地得到補償,提高設(shè)備的利用效率。
在電力網(wǎng)的運行中,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。這樣電路中的無功功率可以降到最小,視在功率將大部分用來供給有功功率,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)中的電力負荷如電動機、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差,這個相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù),用符號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。只有把電路中的無功功率降到最小,才能將視在功率大部分用來供給有功功率,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、電動機等,它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率,因此,所謂的“無功”并不是“無用”的電功率,只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機械能、熱能而已;因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外,還需要無功電源,兩者缺一不可。
大量的電感性設(shè)備,如異步電動機、感應(yīng)電爐、交流電焊機等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計,在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中,異步電動機的無功消耗占了60%～70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。
變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,
它的空載無功功率約為滿載時的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)空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。
供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。 當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,當(dāng)供電電壓為額定值的110%時,一般無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時,無功功率也相應(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、無功功率與無功補償
(一)無功功率的產(chǎn)生
在具有電感或電容的電路中,在每半個周期內(nèi),電感(或電容)把電源能量變成磁場(或電場)能量貯存起來,然后再把貯存的磁場(或電場)能量釋放返回給電源。這種情況下只是進行能量的交換,并沒有真正消耗能量,我們把這個交換的功率值稱為無功功率。正因為如此,無功功率比較抽象,它在電路中來回流動。盡管無功功率說明一個元件的平均功率為零,但它代表了在電感或電容中儲存及釋放磁場能量或電場能量所需要的真實功率。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。與無功功率相關(guān)的能量是儲存的電感性及電容性能量之和。
無功功率決不是無用功率,它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,從而帶動機械運動,電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率,才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場,在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此,沒有無功功率,電動機就不會轉(zhuǎn)動,變壓器也不能變壓,交流接觸器不會吸合。
(二)無功功率的危害
無功功率的增加,會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加,從而使發(fā)電機、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)電機的有功功率的輸出,降低了輸變電設(shè)備的供電能力。無功功率的增加,使總電流增大,因而使設(shè)備及線路的損耗增加,這是顯而易見的。無功功率的增加,使線路及變壓器的電壓降增大,如果是沖擊性無功功率負載,還會使電壓產(chǎn)生劇烈波動,使供電質(zhì)量嚴重降低。
無功功率還造成了低功率因數(shù)運行和電壓下降,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功功率的影響:(1)大量的電感性設(shè)備,如異步電動機、感應(yīng)電爐、交流電焊機等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率;(2)變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%,它的空載無功功率約為滿載時的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)空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài);(3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,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)無功補償
1.補償原理。設(shè)補償后無功功率為Qc,使電源輸送的無功功率減少為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,采用無功補償措施后,因為通過電力網(wǎng)無功功率的減少,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)無功補償裝置效果越好。
2.補償?shù)淖?#8204;用。(1)提高電網(wǎng)及負載的功率因數(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,而在長距離輸電線路中安裝合適的無功補償裝置可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力;(3)在三相負載不平衡的場合,可對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
根據(jù)國家頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,相應(yīng)減少電費:(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”,補償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜,因為超過此值,電費并沒有減少,相反造成設(shè)備投資增加,有可能造成過補償程度,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功功率,也就減少了線路輸送的電流中無功電流成分,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
對原有供電設(shè)備在同樣有功功率下,cosφ提高,負荷電流減小,因此向負荷傳輸功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)、導(dǎo)線等配電設(shè)備都增加了功率儲備,發(fā)揮了設(shè)備的潛力。對于新建項目來說,降低了變壓器容量,減少了投資費用,同時也減少了運行后的基本電費。
(五)電容補償容量的選定
1.集中補償容量確定。先進行負荷計算,確定有功功率P和無功功率Q,補償前功率因數(shù)為cosф1,要補償?shù)?#8204;的功率因數(shù)為cosф2,則補償容量QC=P(tgф1-tgф2)。
2.就地補償電容器容量確定。就地補償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵磁電流,因為不使電容器造成自勵是選用電容器容量的必要條件。負載率越低,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。但由于無功功率主要消耗在勵磁電流上,隨負載率變化不大,因此應(yīng)主要考慮電動機容量和極數(shù)這兩個參數(shù),才能得到最佳補償效果。
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)是在不添置任何補償設(shè)備,采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率減少負載取用無功來提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法,它不需要增加投資,是最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡要的介紹:
(一)合理化使用電動機
若電動機長期處于低負載下運行,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)的觀點出發(fā),必須正確地合理地選擇電動機的容量。
(二)定期檢修
異步電動機定子繞組匝數(shù)變動和電動機定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的影響。
(三)同步運行
調(diào)節(jié)電機的勵磁電流,使其處于過激狀態(tài),就可以使同步電機向電網(wǎng)“送出”無功功率,減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率,從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。因而只要調(diào)節(jié)電機的直流勵磁電流,使其呈過激狀態(tài),即能向電網(wǎng)輸出無功,從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。
(四)配變運行
對負載率比較低的配變,一般采取“撤、換、并、?！?#8204;等方法,使其負載率提高到最佳值,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)用的過程中,根據(jù)具體情況進行分析,在技術(shù)經(jīng)濟上綜合考慮補償方式,從而達到電氣設(shè)備經(jīng)濟運行的目的,帶來技術(shù)上的經(jīng)濟效益和社會效益。
參考文獻
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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數(shù)。在電力網(wǎng)的運行中，我們所希望的是功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的消耗。用戶功率因數(shù)的高低，對于電力系統(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，對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現(xiàn)階段全國性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效地搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫Γ纳铺岣哂脩艄β室驍?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費。其社會效益及經(jīng)濟效益都會是非常顯著的。
一、影響功率因數(shù)的主要因素
首先我們來了解功率因數(shù)產(chǎn)生的主要原因。功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因為交流用電設(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P有一定時，如減少無功功率P無，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)P無=0時，則其功率因素=1。因此提高功率因數(shù)問題的實質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。影響功率因素主要是下面幾個方面。
（一）異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備
異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成的。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關(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)空載運行或長其處于低負載運行狀態(tài)。
（二）供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響
當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(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)頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無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)提高的一些實用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達到降損節(jié)能的效果。
二、低壓網(wǎng)無功補償?shù)囊话惴椒?/p>
低壓無功補償我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。
1. 隨機補償
隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補償磁無功為主，此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。
隨機補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等特點。
2. 隨器補償
隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費單價的增加，不利于電費的同網(wǎng)同價。
隨器補償?shù)膬?yōu)點是：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。
3. 跟蹤補償
跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。
跟蹤補償?shù)膬?yōu)點是：運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補償方式的經(jīng)濟性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補償方式。
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)是在不添置任何補償設(shè)備，采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率減少負載取用無功來提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法，它不需要增加投資，是最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡要的介紹。
1. 合理使用電動機（下轉(zhuǎn)第122頁）
（上接第199頁）
合理選用電動機的型號、規(guī)格和容量，使其接近滿載運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械性能，又要考慮它們的電器指標(biāo)。若電動機長期處于低負載下運行，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)的觀點出發(fā)，必須正確地合理地選擇電動機的容量。
2. 提高異步電動機的檢修質(zhì)量
實驗表明，異步電動機定子繞組匝數(shù)變動和電動機定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的影響。
3. 采用同步電動機或異步電動機同步運行提高功率因數(shù)
由電機原理知道，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小，在欠激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功，在過激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，只要調(diào)節(jié)電機的勵磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態(tài)，即能向電網(wǎng)輸出無功，從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。
4. 合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運行方式
對負載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，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)的大小與電路的負荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負載的電路功率因數(shù)都小于1。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對電能的需求量越來越大，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。目前電力網(wǎng)中的電力負荷如感應(yīng)式異步電動機、變壓器等，大部分屬于感性負載，在運行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低。為了對電力負荷設(shè)備進行更好的監(jiān)測，針對具體情況采取相應(yīng)的措施，有必要對電網(wǎng)的功率因數(shù)進行檢測。在三相電網(wǎng)的功率因數(shù)測量中，一般假設(shè)電網(wǎng)是三相平衡的，此時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)。由于測量單相功率因數(shù)需要中性點（如果采用三相四線制），在某些應(yīng)用場合有很大的不便，因此本文提出了通過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得到三相系統(tǒng)的功率因數(shù)的檢測方法。
由于利用該方法測量功率因數(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)的檢測與接線方式無關(guān)將成為一個重點。由于相關(guān)文獻較少，因此對與接線無關(guān)的三相功率因數(shù)檢測方法進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，通過直接檢測相電流相鄰的方波信號上升沿的時間差以及相電流和線電壓的相鄰的兩個方波的上升沿的時間差，來確定功率因數(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關(guān)的三相功率因數(shù)檢測方法。
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A相電流，－Ib表示負B相電流，－Ic表示負C相電流。可見，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測量功率因數(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討論的計算。
1．1I型接線φ的計算
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。針對三種負載情況，α表達式如下：
在電路設(shè)計中，若把A相相電流和Ubc線電壓的采樣信號放大后，再進行上升沿過零觸發(fā)，即可得到反映相位的方波信號。針對純阻性負載、容性負載和感性負載，經(jīng)過上升沿過零觸發(fā)后可得到相電流和線電壓的方波信號，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、上升沿過零觸發(fā)后的方波、純阻性負載電流與電壓上升沿時間差、容性負載電流與電壓上升沿時間差(圖中取φ＝－45°)、感性負載電流與電壓上升沿時間差(圖中取φ＝45°)。τ為相電流與線電壓的上升沿的時間差，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滿足下面的表達式：
顯然，α＝（τ／T）×360°。根據(jù)α與的關(guān)系，可以得到：
因此，針對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值｜｜的計算表達式如下：
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°－。針對三種負載情況，有如下表達式：
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τ和T滿足下面表達式：
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值｜｜的計算表達式如下：
3T／4＜τ≤T，超前；
T／2≤τ＜3T／4，滯后；
｜｜＝｜τ／T×360°－270°｜（2）
1．3與接線無關(guān)的功率因數(shù)測量原理
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位置的波形圖與Ia，Ubc接線方式的一樣，其的計算同式（1）；而－Ia，Ubc；Ib，Uac；－Ib，Uca；Ic，Uba；－Ic，Uab等五種接線方式的相對位置的波形圖與Ia，Ucb接線方式的一樣，其的計算同式（2）。
因此，直接檢測相電流的兩個相鄰的方波信號上升沿的時間差，即可得到周期T；檢測相電流線電壓的相鄰的兩個上升沿過零觸發(fā)方波的上升沿的時間差，即可得到時間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)的檢測與具體的三相接線方式無關(guān)。
2信號的獲取
由與接線無關(guān)的三相功率因數(shù)測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是本測量方法實現(xiàn)的一個重點。下面簡述該測量方法的信號獲取過程。
關(guān)鍵詞：功率因數(shù)，研究。
（一）提高功率因數(shù)對礦山企業(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，提高用戶的功率因數(shù)，相應(yīng)減少無功功率的供給，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，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降低。
由上述原因可知，提高用戶功率因數(shù)對充分利用現(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)濟效益具有重大意義。所以，我國電力部門實行電力獎懲制度。對于功率因數(shù)高于0.9的給予獎勵，對于功率因數(shù)低于0.9的進行處罰。
（二）提高功率因數(shù)的方法
當(dāng)有功功率戶一定時，減少無功功率便能提高功率因數(shù)。交流用電設(shè)備、電動機、變壓器等建立磁場需要激磁無功功率Q1，同時還消耗漏磁無功功率Q2。其所需要的無功功率為
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。如選電動機時，若沒有調(diào)速和啟動條件的限制，則應(yīng)盡量選擇鼠籠式電動機。
（2）同容量下選擇磁路體積小的電氣設(shè)備。如高速開啟式電機，在同容量下，體積小于低速封閉式和隔爆型電機。
（3）不需要調(diào)速、持續(xù)運行的大容量電機，如主要通風(fēng)機等，有條件時可選擇同步電動機，使其過激磁運行，提供超前無功功率進行補償，使電網(wǎng)總的無功功率減小。
2.電氣設(shè)備運行合理
（1）消除嚴重欠載運行的電機和變壓器。對于負荷小于40%額定功率的感應(yīng)電動機，在能滿足啟動、工作穩(wěn)定性等要求條件下，應(yīng)以小容量電機更換或?qū)⒃瓰槿切谓臃ǖ睦@組改為星形接，降低激磁電壓。對于變壓器，當(dāng)其平均負荷小于額定容量的30%時，應(yīng)更換變壓器或調(diào)整負荷。
（2）合理調(diào)度安排生產(chǎn)工藝流程，限制電氣設(shè)備空載運行。
（3）提高維護檢修質(zhì)量，保證電機的電磁特性符合標(biāo)準(zhǔn)。
3.人工補償無功功率
礦山企業(yè)為了使功率因數(shù)達到規(guī)定值以上，一般都采用并聯(lián)電容器的方法進行人工補償。電力電容器具有投資省、有功功率損失小、運行維護方便、故障范圍小等優(yōu)點。
電容器的缺點是當(dāng)通風(fēng)不良或因電網(wǎng)高次諧波造成電容器過負荷使運行溫度過高時，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)獨立設(shè)室。
若補償前功率因數(shù)為 ， 補償后提高到 ，如圖2—6所示，則補償所用的電力電容器容量應(yīng)為
式中 Pav——全礦有功平均負荷，kW；
PcaΣ——全礦有功計算負茶，kW；
Kav——平均負荷系數(shù)，
上式是按全礦平均負荷計算的所需補償電容量，過去也有按全礦最大負荷PcaΣ進行計算的。
如果按 PcaΣ計算所需補償?shù)臒o功功率Qc，則當(dāng)P
在提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)時，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)的工作地點電壓相適應(yīng)。
因每臺電容器的無功容量為Qcl=ωClU2，可知電容器的實際補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。
每相所需電容器臺數(shù)為
（三）電容器的補償方式和連接方式
1.電容器的補償方式
電容器的補償方式有三種，即單獨就地補償方式、分散補償方式和集中補償方式。
（1）單獨就地補償方式。將電容器直接與用電設(shè)備并聯(lián)，共用一套開關(guān)設(shè)備。這種補償方式的特點是補償效果最好，不但能減少高壓電源線路和變壓器的無功負荷，而且能減少干線和分支線的無功負荷。其缺點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。這種補償方式只適用于長期運行的大容量電氣設(shè)備及所需無功補償容量較大的負荷，或由較長線路供電的電氣設(shè)備。
（2）分散補償方式。將全部電容器分別安裝于各配電用戶的母線上，各處電壓等級可能不同。這種補償方式的優(yōu)點是電容器的利用率比單獨就地補償方式高，能減少高壓電源線路和變壓器中的無功負荷。其缺點是不能減少干線和分支線的無功負荷，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功電源，兩者缺一不可，感性負載過多時，其功率因數(shù)都較低，影響了線路及配電變壓器的經(jīng)濟運行，就必須通過合理配置無功功率補償設(shè)備，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而達到節(jié)約電能，降低損耗的目的。
1功率因數(shù)與無功功率的關(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，電流通過線路時，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，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
變壓器在運行中，輸出一定的有功功率時，其銅損耗與變壓器所帶負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，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，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，如異步電動機、感應(yīng)電爐等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功功耗占了60%～70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能的提高負載率。
2變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時的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)空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。
3供電電壓超過規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。
二無功補償?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)是不需要任何補償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法：
1） 合理選擇電動機的容量，使其接近滿負荷運轉(zhuǎn)。
2） 對實際負荷不超過額定容量40%的電動機，應(yīng)更換為小容量電動機。
3） 合理安排和調(diào)整工藝流程，改善用電設(shè)備的運轉(zhuǎn)方式，應(yīng)限制感應(yīng)電動機空負荷運轉(zhuǎn)。
4） 正確選擇變壓器，提高變壓器的負荷率（一般為75%～80%較為合適）。對于負荷率低于30%的變壓器，應(yīng)予以更換。
5） 對于負荷率在60%～90%的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，必要時可以使其同步化，此時電動機可以向電力系統(tǒng)輸出無功功率。
2人工補償功率因數(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，還必須進行人工補償，無功補償通過采用的方法主要有3種：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。
1） 低壓個別補償
低壓個別補償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺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。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也推出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小，安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。
2） 低壓集中補償
低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率。
3） 高壓集中補償
高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，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)致電費的增加。
3無功電源
電力系統(tǒng)的無功電源除了同步電機外，還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發(fā)生器，除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。
1） 同步電機
同步電機中有發(fā)電機，電動機和調(diào)相機3種。同步發(fā)電機是唯一的有功電源，同時又是最基本的無功電源，以滯后功率因數(shù)運行為主，向系統(tǒng)提供無功，但必要時，也可以減小勵磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂的“進相運行”，以吸收系統(tǒng)多余的無功。同步調(diào)相機是空載運行的同步電機，優(yōu)點是能在欠勵或過勵的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無功功率。但他有功損耗大、運行維護復(fù)雜、影響速度慢、進來已逐漸退出電網(wǎng)運行。
2） 并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過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)提供無功可以改善功率因數(shù)，減少由發(fā)電機提供的無功功率。
3） 靜止無功補償器
靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受控制。當(dāng)電壓變化靜止補償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動態(tài)無功補償?shù)男枰瑫r還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有效較強的適應(yīng)性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產(chǎn)生高次諧波，為此需加專門的濾波器。
4） 靜止無功發(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)能降損的要求愈來愈受到國家和社會的重視。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)前供電電路進行工作時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)可以從多方面來開展，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)配變壓器的負荷和容量，選擇運行方式提高工作效率。本文主要針對變壓器功率因數(shù)的改善來實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
一、 功率因數(shù)相關(guān)問題
變壓器運行時所帶實際負荷與其額定功率的比值稱為負載系數(shù)，運行時的功率損失簡稱功耗，每傳輸單位電功率的損耗叫功率損耗率并簡稱功耗率。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)。在電器工作過程中，一方面消耗有功功率，另一方面有大量的無功功率被輸送給負荷，功率因數(shù)便是反應(yīng)用電設(shè)備在消耗有功功率時所需要的無功功率。對負荷來說，用電設(shè)備多為感性負載，功率因數(shù)相對降低，便影響變壓器和線路的良好運行造成較大的浪費。
二、無功功率和功率因數(shù)的調(diào)整
在供電電路中可以通過配置合理的無功功率補償設(shè)備，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低損耗，達到節(jié)約電能的目的。
1) 無功功率和功率因數(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。
無功功率是指在電器運行中根據(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才能進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。所謂"無功功率"并不是"無用"的電功率，而是它的功率并不轉(zhuǎn)化為使用的熱能、機械能；因此供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源，還需要無功電源，兩者缺一不可。無功功率在電路系統(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)濟高效運行能力。
功率因數(shù)衡量電氣設(shè)備運行效率高低的重要參數(shù)，如與電路的負載有密切的關(guān)系，功率因數(shù)較低，說明在工作中，用于交變磁場轉(zhuǎn)換過程中使用的無功功率較大，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)的無功功率補償設(shè)備降低無功功率損耗，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實施。靜電電容器重量輕、投資少、故障范圍小、安裝方便、易于維護、有功功率損耗小等，在運行中能夠具有自動控制的優(yōu)點。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
變壓器運行過程中，需要損耗相當(dāng)?shù)臒o功功率，通常銅損耗和負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。通過提高功率因數(shù)可以降低視在功率，進而降低變壓器運行過程中損耗的無功功率，提高運行效率。
3)功率因數(shù)與變壓器容量關(guān)系
變壓器工作過程中，應(yīng)確保負載系數(shù)接近或等于最佳負載系數(shù)，變壓器輸出有功功率時，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，提高功率因數(shù)可以降低變壓器的需用容量，進而提高變壓器的供電能力。一是額定容量滿足最大負載需要，另一個是選擇變壓器負載系數(shù)在經(jīng)濟節(jié)能區(qū)，負荷長期發(fā)展的要求。對于較難符合的負載需要采用一大一小的方式實現(xiàn)輪番供電以滿足經(jīng)濟運行，達到節(jié)能降耗的目的。
在具體設(shè)計和施工過程中，需要按照實際用電電器的性質(zhì)和參數(shù)波動情況，給出變壓器運行狀態(tài)，使得負荷處在變壓器的經(jīng)濟范圍內(nèi)運行，可以根據(jù)變壓器次級電流表監(jiān)視和對照，采用調(diào)整負荷或功率因數(shù)的方式，實現(xiàn)運行的高效和節(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)備沒有安裝無功補償設(shè)備時的功率因數(shù)，或者說用電設(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、異步電動機等）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)是指不用任何補償設(shè)備，采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率來提高功率因數(shù)的方法。它不需增加投資，是最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。
1.電動機
1.1 合理地選擇和使用電動機
無功功率用于感應(yīng)電動機勵磁占電力系統(tǒng)總無功功率的70%左右，合理選用感應(yīng)電動機，是提高自然功率因數(shù)的重要措施之一。因此，應(yīng)保證電動機在75%以上的負荷狀態(tài)下運行，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)降低電動機運行電壓
由異步電動機的無功功率與端電壓的關(guān)系曲線可知，對于輕載運行電動機，可適當(dāng)降低運行電壓，以提高自然功率因數(shù)和節(jié)約電力、電能。降低運行電壓的方式有兩種：（1）對于有專變供電的電動機，可改變變壓器的分接開關(guān)，或加裝專用自耦接觸式調(diào)壓器、旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)調(diào)壓器和補償式調(diào)壓器，以適當(dāng)降低電動機供電電壓；（2）改變電動機內(nèi)部接線。對于輕載電動機可將三角形接線改為星形接線（適用于負荷率為40%及以下） 來降低電動機運行電壓，提高自然功率因數(shù)及效率。
1.3 安裝空載自動斷電裝置
對于存在周期性空載運行的電動機，可安裝空載自動斷電裝置，以控制電動機的空載損失。因為空載時電動機消耗的無功功率占額定負荷時所消耗的無功功率的60% ～70%，所以，此辦法可以使電動機的自然功率因數(shù)顯著提高。
1.4 提高電動機的檢修質(zhì)量
由于震動或彎曲，以及軸承的磨損或偏心，使電動機的氣隙不均或過大，以及磁阻增大，導(dǎo)致電動機的無功功率需求量增加。因此，應(yīng)定期檢修電動機并提高檢修質(zhì)量。電動機是運行費用大于成本費用的機械設(shè)備，必要時應(yīng)淘汰舊電動機，更換為新電動機。
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荷率為50%。及時切除空載變壓器，減少變壓器的空載損失。對變壓器實行并聯(lián)運行以及對并聯(lián)運行的變壓器根據(jù)其負荷變化的特點實行經(jīng)濟運行。根據(jù)電網(wǎng)運行電壓情況及時調(diào)整變壓器的分接開關(guān)，防止變壓器過激磁。
2.2 均衡變壓器負荷
對于多臺變壓器的用戶，均衡各變壓器負荷可以減少變壓器阻抗中的無功損耗，因而提高負荷的自然功率因數(shù)。均衡變壓器的負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，將其改造為并聯(lián)運行，亦可以減少有功損耗、無功損耗和電壓損耗，同時還可以改善電壓偏低時電動機的啟動條件。
2.3 停運空載變壓器
變壓器空載時的無功損耗為，停運空載變壓器可以減少無功損耗，提高自然功率因數(shù)。例如， 某S N ＝100kVA 的變壓器，I0 % ＝2.5，則停運空載變壓器可節(jié)省2.5kvar 無功功率，同時還可以節(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)。這是因為電纜線路的電抗為零，因而電纜供電沒有無功損耗。此外，電纜線路的電容電流較大，有一定的無功補償作用。減小架空線幾何均距可以減小線路電抗，從而減少線路的無功損耗，達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)對于三角形接法的輕載電動機可以改為星形接法，實行降壓運行，以達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條件：（1）電動機必須具有在臨界負荷率以下穩(wěn)定運行的工作狀態(tài)；（2）在大于臨界負荷率區(qū)，應(yīng)無星形接法穩(wěn)定運行的工作狀態(tài)。
當(dāng)電動機長期處于臨界負荷率βL 以下工作狀態(tài)時， 直接將電動機改為星形接法，其提高的功率因數(shù)和節(jié)電效果最為明顯。當(dāng)電動機處于輕載、重載兩檔運行時，采用三角形一星形自動切換裝置，可較好地提高功率因數(shù)而獲得節(jié)電效果。只有當(dāng)電動機負荷率β小于βL 時，實行三角形―星形改接才有實際意義。由于電機極數(shù)不同，臨界負荷率βL 就不同。
實踐證明，當(dāng)電動機從空載至30%負荷變化時，由三角形變?yōu)樾切芜\行，其效率和功率因數(shù)的提高都是十分顯著的。
5.調(diào)整負荷，實現(xiàn)均衡用電
供電電網(wǎng)負荷的大幅度變化，將增加供電設(shè)備的容量和線損。因為負荷曲線峰谷差大，則負荷曲線形狀系數(shù)K 值也大。根據(jù)計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，無功電能損耗也大。如果K＝1 時，無功線損為100%，則當(dāng)K＝1.05時，線損增加10%；當(dāng)K＝1.1時，線損增加21%；當(dāng)K＝1.2時，線損增加44%。因此，搞好調(diào)整負荷工作是降損節(jié)電的重要環(huán)節(jié)之一。在供用電管理工作中，應(yīng)當(dāng)重視負荷調(diào)整，實行高峰讓電、限電，有計劃地安排中午、后夜填谷負荷。
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