摘要：功率因數(shù)的高低關(guān)系到輸配電線路、設(shè)備的供電能力，也影響到其功率損耗。本文從理論上分析了功率因數(shù)與無(wú)功補(bǔ)償關(guān)系。無(wú)功補(bǔ)償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
　　關(guān)鍵詞：功率因數(shù)；無(wú)功補(bǔ)償
　　一、前言
　　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)，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。電網(wǎng)中無(wú)功功率消耗很大，大約有50%的無(wú)功功率消耗在輸、變、配電設(shè)備上，50%的無(wú)功功率消耗于電力用戶。為了減少無(wú)功功率消耗和由此而造成的電網(wǎng)有功損耗，就必須減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，即提高電網(wǎng)負(fù)荷的功率因數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約電能，降低損耗的目的。
　　二、影響功率因數(shù)的主要因素
　　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一定時(shí)，如減少無(wú)功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。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。
　　1）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
　　2）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
　　3）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
　　以上是影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的方法。就是加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，使電網(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。
　　三、無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?br /> 　　提高功率因數(shù)的主要方法是采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，根據(jù)我國(guó)國(guó)情和電網(wǎng)現(xiàn)狀，采用并聯(lián)電容器作為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，是最經(jīng)濟(jì)的，同時(shí)安裝維護(hù)最為方便。現(xiàn)將采用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)膸追N常用方式簡(jiǎn)述如下：
　　1） 站內(nèi)集中實(shí)償
　　補(bǔ)償點(diǎn)位于10～110kV變電站的10kV出線上，補(bǔ)償設(shè)備安裝于變電站內(nèi)的戶內(nèi)或戶外，為出線支路上所有負(fù)荷提供無(wú)功電源，補(bǔ)償上一級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功損耗。
　　2） 高壓線路補(bǔ)償
　　補(bǔ)償點(diǎn)位于10kV配電線路上，補(bǔ)償設(shè)備安裝于配電線路的桿架上，采用分組自動(dòng)投切方式為10kV配電變壓器及其所承載的用戶負(fù)荷提供動(dòng)態(tài)無(wú)功電源，補(bǔ)償上一級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功損耗。
　　3） 低壓跟蹤補(bǔ)償
　　補(bǔ)償點(diǎn)位于10kV配電變壓器的0.4kV母線上，將電容器分成若干組，通過(guò)無(wú)功控制器進(jìn)行投切控制和保護(hù)，自動(dòng)跟蹤用戶無(wú)功負(fù)荷的變化，及時(shí)自動(dòng)調(diào)整電容器的投入容量，為用戶負(fù)荷提供準(zhǔn)確的無(wú)功功率，降低了上一級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功損耗和線路損耗。
　　4） 隨機(jī)同步補(bǔ)償
　　隨機(jī)同步補(bǔ)償，就是將電容器和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)同步補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主，此種方式可較好地限制用電單位無(wú)功負(fù)荷。為了防止電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生自激過(guò)電壓，補(bǔ)償容量不應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的空載無(wú)功功率。
　　四、無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t
　　從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。
　　1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。
　　2)電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。
　　3)分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。
　　4)降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。
　　五、無(wú)功補(bǔ)償容量的確定
　　根據(jù)原能源部1989年發(fā)布的《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則》（試行）第5.5條規(guī)定，220kV及以下電網(wǎng)的容性無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備總?cè)萘縌C，可按下式計(jì)算
　　 QC=1.15QDM-QF-QR-QLC
　　 QDM=kPDM
　　式中QDM——最大自然無(wú)功負(fù)荷；
　　QF——本網(wǎng)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率；
　　QR——上級(jí)網(wǎng)和鄰網(wǎng)輸入的無(wú)功功率；
　　QLC——110kV及以上架空線和電纜線的充電功率；
　　PDM——電網(wǎng)最大有功發(fā)電負(fù)荷；
　　K——電網(wǎng)最大自然無(wú)功負(fù)荷系數(shù)，kvar/Kw。
　　K值與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變壓級(jí)數(shù)、負(fù)荷組成、負(fù)荷水平及負(fù)荷電壓特性等因素有關(guān)。已運(yùn)行的電網(wǎng)可通過(guò)實(shí)測(cè)確定，規(guī)劃中的電網(wǎng)可參照下表中數(shù)值估算，當(dāng)本網(wǎng)中發(fā)電機(jī)有功功率比重大時(shí)，k宜取較高值；上級(jí)網(wǎng)或鄰網(wǎng)輸入有功功率比重大時(shí)，k值取較低值。

       
　　對(duì)于中低電壓等級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償容量可以按下列原則考慮： 
　　1） 對(duì)于變電站10kV母線，一般按主變?nèi)萘康?5%～20%進(jìn)行補(bǔ)償。
　　2） 對(duì)于普通負(fù)荷的公用變壓器的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%～30%進(jìn)行補(bǔ)償。
　　3） 對(duì)于企業(yè)專用變壓器的0.4kV低壓補(bǔ)償，可按配變?nèi)萘康?0%～60%進(jìn)行補(bǔ)償。
　　4） 當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)（單相負(fù)荷較多），需考慮一定容量的分相補(bǔ)償。
　　5） 當(dāng)補(bǔ)償點(diǎn)處有諧波時(shí)，還要考慮串聯(lián)一定比率的電抗器，以構(gòu)成調(diào)諧支路，濾除線路上的高次諧波。
　　6） 當(dāng)采用固定補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選小些，避免線路輕載時(shí)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)，產(chǎn)生無(wú)功倒送。
　　7） 當(dāng)采用自動(dòng)補(bǔ)償方式時(shí)，補(bǔ)償總?cè)萘繎?yīng)選取大些，，避免高峰負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)欠補(bǔ)，造成力率過(guò)低。
　　8） 當(dāng)電容器額定電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓不相等時(shí)，補(bǔ)償容量≠安裝容量，裝機(jī)容量需進(jìn)行修正。
　　六、無(wú)功補(bǔ)償數(shù)的效益
　　在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致
　　電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企
　　業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右則
　　無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效
　　益。
　　1）用戶提高功率因數(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少電費(fèi)開(kāi)支，從而降低成本。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。可見(jiàn)，提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。
　　2）減少了電壓降，改善了電網(wǎng)的電壓質(zhì)量
　　3）增加電網(wǎng)的輸電能力，從而使電網(wǎng)內(nèi)的電氣設(shè)備容量能得到充分利用。對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無(wú)功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過(guò)載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力。
　　4）防止因功率因數(shù)過(guò)低而造成電壓崩潰、電網(wǎng)瓦解的事故發(fā)生，提高電網(wǎng)的運(yùn)行安全水平。
　　5）改善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。通過(guò)合理加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)，電壓質(zhì)量得到改善，提高了電壓合格率，電容器投切次數(shù)增多，主變分接頭開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)則大大減少，從而改變了主設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。
　　6）電網(wǎng)的傳輸損耗減少，使電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益提高。
　　七、結(jié)論
　　通過(guò)上面的分析可以看出，提高功率因數(shù)對(duì)于節(jié)約電能，降低損耗，提高變配電設(shè)備的供電能力是極其有利的，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是很明顯。廣泛采用無(wú)功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，減少線損，是一項(xiàng)投資少，收效快的節(jié)能措施。對(duì)于當(dāng)前正在進(jìn)行的農(nóng)村電網(wǎng)改造來(lái)說(shuō)，除了應(yīng)該按《農(nóng)網(wǎng)改造工程技術(shù)原則》的要求進(jìn)行踏勘、設(shè)計(jì)、施工外，還應(yīng)該根據(jù)農(nóng)村用電負(fù)荷的特點(diǎn)，合理配置無(wú)功功率補(bǔ)償裝置同農(nóng)網(wǎng)改造工程建設(shè)一并進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，顯得更加重要。
　　【參考文獻(xiàn)】
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