低壓配電網(wǎng)功率因數(shù)對供電企業(yè)的影響

摘要： 對廣大供電企業(yè)來說，用戶功率因數(shù)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)系到供電線路的電壓損失和電壓波動，而且關(guān)系到節(jié)約電能和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量，這是眾所周知的道理。提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，已成為電力工業(yè)中一個重要課題。文中簡要集中探討了影響電網(wǎng)功率因數(shù)的主要因素以及低壓無功補(bǔ)償?shù)膸追N實用方法，和確定無功補(bǔ)償容量從而提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一般方法。

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)，不但可以充分的發(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，若能有效的搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補(bǔ)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(jì)效益都會是非常顯著的。

1.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一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q=0時，則其力率=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。

1-1. 異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)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(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運行并盡可能提高負(fù)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(fù)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(fù)載運行狀態(tài)。

1-2. 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。

1-3. 電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機(jī)和變壓器的磁化無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(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(dá)到降損節(jié)能的效果。

2.低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/strong>

低壓無功補(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。

2-1-1. 隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主，此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。

隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運時，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)簡單、事故率低等。

2-1-2. 隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)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(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時的無功負(fù)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(fù)荷的主要部分，對于輕負(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)致電費單價的增加，不利于電費的同網(wǎng)同價。

隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)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(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。

2-1-3. 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(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)點是運行方式靈活，運行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

2-2. 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)備所需的無功功率減少負(fù)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(jì)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。

2-2-1. 合理使用電動機(jī)

合理選用電動機(jī)的型號、規(guī)格和容量，使其接近滿載運行。在選擇電動機(jī)時，既要注意它們的機(jī)械性能，又要考慮它們的電器指標(biāo)。若電動機(jī)長期處于低負(fù)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(jī)的容量。

2-2-2. 提高異步電動機(jī)的檢修質(zhì)量

實驗表明，異步電動機(jī)定子繞組匝數(shù)變動和電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動時對異步電動機(jī)無功功率的大小有很大的影響。

2-2-3. 采用同步電動機(jī)或異步電動機(jī)同步運行提高功率因數(shù)

由電機(jī)原理知道，同步電動機(jī)消耗的有功功率取決于電動機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)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(jī)的勵磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)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(jī)同步運行就是將異步電動機(jī)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(jī)運行，這就是“異步電動機(jī)同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機(jī)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(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

2-2-4. 合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運行方式

對負(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)。

通過以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，或許我們已經(jīng)對“功率因數(shù)”這個簡單的電力術(shù)語有了更深的了解和認(rèn)識。知道了功率因數(shù)的提高對電力企業(yè)的深遠(yuǎn)影響，下面我們將簡單介紹對用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞胶蛯ρa(bǔ)償容量的確定方法。

3.功率因數(shù)的人工補(bǔ)償

功率因數(shù)是工廠電器設(shè)備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標(biāo)，也是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運行的一項主要指標(biāo)。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法已經(jīng)不能滿足工廠對功率因數(shù)的要求，工廠自身還需裝設(shè)補(bǔ)償裝置，對功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。對用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞接校?/p>

3-1. 靜電電容器補(bǔ)償

當(dāng)企業(yè)感性負(fù)載比較多時，它們從供電系統(tǒng)吸取的無功是滯后(負(fù)值)功率，如果用一組電容器和感性負(fù)載并聯(lián)，電容需要的無功功率是引前(正值)功率，如果電容C選得合適，令QC+QL=0，這時企業(yè)已不需向供電系統(tǒng)吸取無功功率，功率因數(shù)為1，達(dá)到最佳值。

(1)電容器補(bǔ)償容量的確定

移相電容器的補(bǔ)償容量可由下式確定

————(一)

式中

——最大有功計算負(fù)荷(KW)

α——月平均有功負(fù)荷系數(shù)

——補(bǔ)償前、后加權(quán)平均功率因數(shù)角的正切值

——稱為補(bǔ)償功率或比補(bǔ)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(fù)荷

Tm a x .p ——最大有功計算負(fù)荷年利用小時數(shù)

綜合(一)、(二)兩式，也可求出所需的移相電容器的三相補(bǔ)償容量。

( 2 ) 并聯(lián)補(bǔ)償移相電容器，應(yīng)滿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(shù)

Qg.c ——電容器的工作容量(KVar)

QC——電容器的補(bǔ)償容量(KVar)

3-2. 動態(tài)無功功率補(bǔ)償

動態(tài)無功功率補(bǔ)償一般應(yīng)用于用電容量大、生產(chǎn)過程其負(fù)載急劇變化且具有重復(fù)沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動頻繁、急劇、幅值很大的動態(tài)無功功率，采用調(diào)相機(jī)或固定電容器進(jìn)行補(bǔ)償已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求，目前一般采用的新型動態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備是靜止無功補(bǔ)償器。它具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電網(wǎng)運行性能、動態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越等優(yōu)點。但最明顯的缺點是投資大、設(shè)備體積大、占地面積大。

4.結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

1、肖運新，用電監(jiān)察、 水利電力出版社

2、 靳龍章 丁毓山，電網(wǎng)無功補(bǔ)償實用技術(shù)、中國水利水電出版社