低壓配電網(wǎng)功率因數對供電企業(yè)的影響

摘要： 對廣大供電企業(yè)來(lái)說(shuō)，用戶(hù)功率因數的高低，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(xiàn)路的電壓損失和電壓波動(dòng)，而且關(guān)系到節約電能和整個(gè)供電區域的供電質(zhì)量，這是眾所周知的道理。提高電力系統的功率因數，已成為電力工業(yè)中一個(gè)重要課題。文中簡(jiǎn)要集中探討了影響電網(wǎng)功率因數的主要因素以及低壓無(wú)功補償的幾種實(shí)用方法，和確定無(wú)功補償容量從而提高電力系統功率因數的一般方法。

功率因數是指電力網(wǎng)中線(xiàn)路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分數。在電力網(wǎng)的運行中，我們所希望的是功率因數越大越好，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)功率因數的高低，對于電力系統發(fā)、供、用電設備的充分利用，有著(zhù)顯著(zhù)的影響。適當提高用戶(hù)的功率因數，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設備的生產(chǎn)能力、減少線(xiàn)路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶(hù)用電設備的工作效率和為用戶(hù)本身節約電能。因此，對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現階段全國性的一些改造后的農村電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，若能有效的搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償的壓力，改善提高用戶(hù)功率因數，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶(hù)電費。其社會(huì )效益及經(jīng)濟效益都會(huì )是非常顯著(zhù)的。

1.影響功率因數的主要因素

首先我們來(lái)了解功率因數產(chǎn)生的主要原因。功率因數的產(chǎn)生主要是因為交流用 電設備在其工作過(guò)程中，除消耗有功功率外，還需要無(wú)功功率。當有功功率P一定時(shí)，如減少無(wú)功功率Q，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q=0時(shí)，則其力率=1。因此提高功率因數問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設備的無(wú)功功率需要量。

1-1. 異步電動(dòng)機和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設備

異步電動(dòng)機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機需要較多無(wú)功的主要因素。而異步電動(dòng)機所耗用的無(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)機的功率因數就要防止電動(dòng)機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率，它和負載率的大小無(wú)關(guān)。因而，為了改善電力系統和企業(yè)的功率因數，變壓器不應空載運行或長(cháng)其處于低負載運行狀態(tài)。

1-2. 供電電壓超出規定范圍也會(huì )對功率因數造成很大的影響

當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(cháng)得很快，據有關(guān)資料統計，當供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠(chǎng)的無(wú)功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會(huì )影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

1-3. 電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì )對異步電機和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響

綜上所述，我們知道了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠實(shí)現無(wú)功的就地平衡，達到降損節能的效果。

2.低壓網(wǎng)無(wú)功補償的一般方法

低壓無(wú)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(jiǎn)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(diǎn)。

2-1-1. 隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機并接，通過(guò)控制、保護裝置與電機，同時(shí)投切。隨機補償適用于補償電動(dòng)機的無(wú)功消耗，以補勵磁無(wú)功為主，此種方式可較好地限制農網(wǎng)無(wú)功峰荷。

隨機補償的優(yōu)點(diǎn)是：用電設備運行時(shí)，無(wú)功補償投入，用電設備停運時(shí)，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡(jiǎn)單、事故率低等。

2-1-2. 隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無(wú)功的補償方式。配變在輕載或空載時(shí)的無(wú)功負荷主要是變壓器的空載勵磁無(wú)功，配變空載無(wú)功是農網(wǎng)無(wú)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，從而導致電費單價(jià)的增加，不利于電費的同網(wǎng)同價(jià)。

隨器補償的優(yōu)點(diǎn)：接線(xiàn)簡(jiǎn)單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無(wú)功，限制農網(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)濟性，是目前補償無(wú)功最有效的手段之一。

2-1-3. 跟蹤補償

跟蹤補償是指以無(wú)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(hù)0.4kv母線(xiàn)上的補償方式。適用于100kVA以上的專(zhuān)用配變用戶(hù)，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優(yōu)點(diǎn)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(cháng)、運行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經(jīng)濟性接近時(shí)，應優(yōu)先選用跟蹤補償方式。

2-2. 采取適當措施，設法提高系統自然功率因數

提高自然功率因數是在不添置任何補償設備，采用降低各用電設備所需的無(wú)功功率減少負載取用無(wú)功來(lái)提高工礦企業(yè)功率因數的方法，它不需要增加投資，是最經(jīng)濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施作一些簡(jiǎn)要的介紹。

2-2-1. 合理使用電動(dòng)機

合理選用電動(dòng)機的型號、規格和容量，使其接近滿(mǎn)載運行。在選擇電動(dòng)機時(shí)，既要注意它們的機械性能，又要考慮它們的電器指標。若電動(dòng)機長(cháng)期處于低負載下運行，既增大功率損耗，又使功率因數和效率都顯著(zhù)惡化。故從節約電能和提高功率因數的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，必須正確的合理的選擇電動(dòng)機的容量。

2-2-2. 提高異步電動(dòng)機的檢修質(zhì)量

實(shí)驗表明，異步電動(dòng)機定子繞組匝數變動(dòng)和電動(dòng)機定、轉子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對異步電動(dòng)機無(wú)功功率的大小有很大的影響。

2-2-3. 采用同步電動(dòng)機或異步電動(dòng)機同步運行提高功率因數

由電機原理知道，同步電動(dòng)機消耗的有功功率取決于電動(dòng)機上所帶機械負荷的大小，而無(wú)功取決于轉子中的勵磁電流大小，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，只要調節電機的勵磁電流，使其處于過(guò)激狀態(tài)，就可以使同步電機向電網(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。異步電動(dòng)機同步運行就是將異步電動(dòng)機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動(dòng)機運行，這就是“異步電動(dòng)機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流，使其呈過(guò)激狀態(tài)，即能向電網(wǎng)輸出無(wú)功，從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數的目的。

2-2-4. 合理選擇配變容量，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。

通過(guò)以上一些提高加權平均功率因數和自然功率因數的敘述，或許我們已經(jīng)對“功率因數”這個(gè)簡(jiǎn)單的電力術(shù)語(yǔ)有了更深的了解和認識。知道了功率因數的提高對電力企業(yè)的深遠影響，下面我們將簡(jiǎn)單介紹對用電設備進(jìn)行人工補償的方式和對補償容量的確定方法。

3.功率因數的人工補償

功率因數是工廠(chǎng)電器設備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標，也是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的一項主要指標。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數的辦法已經(jīng)不能滿(mǎn)足工廠(chǎng)對功率因數的要求，工廠(chǎng)自身還需裝設補償裝置，對功率因數進(jìn)行人工補償。對用電設備進(jìn)行人工補償的方式有：

3-1. 靜電電容器補償

當企業(yè)感性負載比較多時(shí)，它們從供電系統吸取的無(wú)功是滯后(負值)功率，如果用一組電容器和感性負載并聯(lián)，電容需要的無(wú)功功率是引前(正值)功率，如果電容C選得合適，令QC+QL=0，這時(shí)企業(yè)已不需向供電系統吸取無(wú)功功率，功率因數為1，達到最佳值。

(1)電容器補償容量的確定

移相電容器的補償容量可由下式確定

————(一)

式中

——最大有功計算負荷(KW)

α——月平均有功負荷系數

——補償前、后加權平均功率因數角的正切值

——稱(chēng)為補償功率或比補償功率(KVar/KW )

對某些已進(jìn)行生產(chǎn)的工礦企業(yè)，可由下式確定其有功電能消耗量：

AP=P JS×Tm a x . p (KW·H)————(二)

AP——有功電能消耗量

P JS——有功計算負荷

Tm a x .p ——最大有功計算負荷年利用小時(shí)數

綜合(一)、(二)兩式，也可求出所需的移相電容器的三相補償容量。

( 2 ) 并聯(lián)補償移相電容器，應滿(mǎn)足以下電壓和容量的要

Ue.c≥Ug.c

nQg.c≥QC

式中

Ue.c——電容器的額定電壓(KV)

Ug.c——電容器的工作電壓(KV)

n——并聯(lián)的電容器總數

Qg.c ——電容器的工作容量(KVar)

QC——電容器的補償容量(KVar)

3-2. 動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補償

動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補償一般應用于用電容量大、生產(chǎn)過(guò)程其負載急劇變化且具有重復沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動(dòng)頻繁、急劇、幅值很大的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率，采用調相機或固定電容器進(jìn)行補償已遠遠滿(mǎn)足不了要求，目前一般采用的新型動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補償設備是靜止無(wú)功補償器。它具有穩定系統電壓、改善電網(wǎng)運行性能、動(dòng)態(tài)補償反應迅速、調節性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。但最明顯的缺點(diǎn)是投資大、設備體積大、占地面積大。

4.結束語(yǔ)

文中集中探討了功率因數對廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數所帶來(lái)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的一般方法，還討論了如何確定無(wú)功功率的補償容量和應用人工補償無(wú)功功率的兩種具體方式。

參考文獻：

1、肖運新，用電監察、 水利電力出版社

2、 靳龍章 丁毓山，電網(wǎng)無(wú)功補償實(shí)用技術(shù)、中國水利水電出版社