任务5 功率因数补偿

资讯1 功率因数的概念

在交流电路中，有许多电感性的用电设备（负载），如电力变压器、电动机等。由电源供给负载的视在功率包括有功功率和无功功率：有功功率是实际消耗的电功率，用符号P表示，单位有瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）；无功功率并非实际消耗的功率，而是反映电感性负载或电容性负载发生的电源与负载间能量交换所占用的电功率，无功功率的符号用Q表示，单位为乏（var）或千乏（kvar）。

视在功率是电压和电流有效值的乘积，电网中各种设备标注的功率通常为视在功率。视在功率用符号S表示，单位为伏安（VA）或千伏安（kVA）。

有功功率与视在功率之比称为功率因数。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载，电感性负载的电压和电流的向量间存在着一个相位差Φ，它的余弦cosΦ就是功率因数。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。

提高功率因数的重要意义主要在以下几个方面。

1.降低线路损耗

供电线路上的功率损耗ΔPL=I2R与流经线路的电流的平方成正比，假设用户所需有功功率一定，由P=ScosΦ=IUcosΦ可知，在电网电压U不变的情况下，功率因数cosΦ越高，负荷电流I就越小，线路损耗也就越小。

2.提高变压器利用率

变压器一旦安装好后，其视在功率S为定值，由S=P/cosΦ可知，提高功率因数，就可以多带有功负载，即提高了变压器的利用率。

3.改善用电质量

供电电压的降低是由两个原因造成的：一是电流在线路电阻上产生的压降；二是电流在线路电抗上产生的压降。如果功率因数高，则电流相对较小，线路上的损失也就变小了。

4.节约用户开支

对于实行两部制电价的用户，按功率因数的高低调整电费，因此，提高功率因数将直接给用户带来经济效益。

资讯2 功率因数的补偿措施

在线性电路中，提高功率因数的方法有两种：一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。

1.提高自然功率因数的方法

采用提高自然功率因数的方法，是最为经济有效的方法。自然功率因数是指用电设备自身所具有的功率因数，其高低与设备的负荷有关。根据统计，企业的无功功率消耗，一般感应电机占70%，变压器占20%，线路占10%。由此可见，电动机和变压器消耗的无功功率大，自然功率因数就低，特别是在空载运行时功率因数更低。为了降低无功功率消耗，提高功率因数，可以采取下列措施：

（1）合理选择电动机的大小，避免大马拉小车，及时更换负载率小于40%的电动机。

（2）正确选择变压器的容量，改善变压器的运行方式，提高变压器负荷率（一般75%～80%比较合适）。变压器负荷率越低，功率因数越小，对平均负荷率小于30%的变压器，应予以更换。

2.采用并联电容人工补偿无功功率

无功功率分感性和容性两个方面。感性无功功率的电压相量超前电流90°，容性无功功率的电压相量滞后电流90°，两者正好相反，互相抵消，所以常用容性无功功率来补偿感性无功功率。具体做法是在电感性负载电路中并联电容进行补偿。

采用并联电容来提高功率因数时，电容装设部位可以在高压侧集中补偿，也可在低压侧集中补偿。由于高压侧补偿效果较差，目前在通信企业中绝大多数采用了低压成组补偿方式，即在低压配电室中专门设置配套的功率因数补偿柜。例如与PGL12型低压配电屏配套的PGJ1或PGJ1A型无功功率自动补偿控制屏。电容装于柜中两层支架上，还装有自动投切控制器，它能根据功率因数的变化，以10～120s的间隔时间自动完成投入或切除电容组，使cosΦ处于设定范围内。PGJ1/PGJ1A型无功功率补偿屏的一次线路如图2-35所示。图中移相电容组采用三角形接法，一组作为固定补偿，其余的根据电网电压和负荷的变化自动投撤。

在补偿前必须了解需要补偿电路的特性，掌握其功能和限制，避免补偿电容与电路的电感形成谐振，从而导致过电压。不宜一味追求高功率因数，一般情况下确定补偿后的功率因数在0.9～0.95之间便可，要严格防止过补偿。另外还需注意，如果利用补偿电容将功率因数提高到0.95，供电系统有可能在5次或7次谐波发生谐振，导致系统出问题，这时可在电容上串联一个小电感，使谐振频率不在系统谐波频率的范围内。