功率因数与无功补偿

功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。
　　一、前言
　　功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。电网中无功功率消耗很大，大约有50%的无功功率消耗在输、变、配电设备上，50%的无功功率消耗于电力用户。为了减少无功功率消耗和由此而造成的电网有功损耗，就必须减少无功功率在电网中的流动，即提高电网负荷的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的。
　　二、影响功率因数的主要因素
　　功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
　　1）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响
　　2）电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响
　　3）异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备
　　以上是影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使电力网功率因数提高的方法。就是加装无功补偿设备，使电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
　　三、无功补偿的方法
　　提高功率因数的主要方法是采用无功补偿技术，根据我国国情和电网现状，采用并联电容器作为无功补偿设备，是最经济的，同时安装维护最为方便。现将采用电容器进行无功补偿的几种常用方式简述如下：
　　1） 站内集中实偿
　　补偿点位于10～110kV变电站的10kV出线上，补偿设备安装于变电站内的户内或户外，为出线支路上所有负荷提供无功电源，补偿上一级电网的无功损耗。
　　2） 高压线路补偿
　　补偿点位于10kV配电线路上，补偿设备安装于配电线路的杆架上，采用分组自动投切方式为10kV配电变压器及其所承载的用户负荷提供动态无功电源，补偿上一级电网的无功损耗。
　　3） 低压跟踪补偿
　　补偿点位于10kV配电变压器的0.4kV母线上，将电容器分成若干组，通过无功控制器进行投切控制和保护，自动跟踪用户无功负荷的变化，及时自动调整电容器的投入容量，为用户负荷提供准确的无功功率，降低了上一级电网的无功损耗和线路损耗。
　　4） 随机同步补偿
　　随机同步补偿，就是将电容器和电动机并联，通过控制、保护装置与电动机，同时投切。随机同步补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。为了防止电动机退出运行时产生自激过电压，补偿容量不应大于电动机的空载无功功率。
　　四、无功补偿的合理配置原则
　　从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。
　　1)总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。
　　2)电力部门补偿与用户补偿相结合。
　　3)分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
　　4)降损与调压相结合，以降损为主。
　　五、无功补偿容量的确定
　　根据原能源部1989年发布的《电力系统电压和无功电力技术导则》（试行）第5.5条规定，220kV及以下电网的容性无功补偿设备总容量QC，可按下式计算
　　 QC=1.15QDM-QF-QR-QLC
　　 QDM=kPDM
　　式中QDM——最大自然无功负荷；
　　QF——本网发电机的无功功率；
　　QR——上级网和邻网输入的无功功率；
　　QLC——110kV及以上架空线和电缆线的充电功率；
　　PDM——电网最大有功发电负荷；
　　K——电网最大自然无功负荷系数，kvar/Kw。
　　K值与电网结构、变压级数、负荷组成、负荷水平及负荷电压特性等因素有关。已运行的电网可通过实测确定，规划中的电网可参照下表中数值估算，当本网中发电机有功功率比重大时，k宜取较高值；上级网或邻网输入有功功率比重大时，k值取较低值。

　　对于中低电压等级电网的无功补偿容量可以按下列原则考虑：
　　1） 对于变电站10kV母线，一般按主变容量的15%～20%进行补偿。
　　2） 对于普通负荷的公用变压器的0.4kV低压补偿，可按配变容量的20%～30%进行补偿。
　　3） 对于企业专用变压器的0.4kV低压补偿，可按配变容量的30%～60%进行补偿。
　　4） 当三相电压不平衡时（单相负荷较多），需考虑一定容量的分相补偿。
　　5） 当补偿点处有谐波时，还要考虑串联一定比率的电抗器，以构成调谐支路，滤除线路上的高次谐波。
　　6） 当采用固定补偿方式时，补偿总容量应选小些，避免线路轻载时出现过补，产生无功倒送。
　　7） 当采用自动补偿方式时，补偿总容量应选取大些，，避免高峰负荷时出现欠补，造成力率过低。
　　8） 当电容器额定电压与系统标称电压不相等时，补偿容量≠安装容量，装机容量需进行修正。
　　六、无功补偿数的效益
　　在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。
　　1）用户提高功率因数可以提高产品质量，减少电费开支，从而降低成本。（http://www.gdzrlj.com/版权所有）提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。
　　2）减少了电压降，改善了电网的电压质量
　　3）增加电网的输电能力，从而使电网内的电气设备容量能得到充分利用。对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力。
　　4）防止因功率因数过低而造成电压崩溃、电网瓦解的事故发生，提高电网的运行安全水平。
　　5）改善设备运行状态，延长设备使用寿命。通过合理加装无功补偿设备，提高功率因数，电压质量得到改善，提高了电压合格率，电容器投切次数增多，主变分接头开关调节次数则大大减少，从而改变了主设备的运行状态，延长设备寿命。
　　6）电网的传输损耗减少，使电网的经济效益提高。
　　七、结论
　　通过上面的分析可以看出，提高功率因数对于节约电能，降低损耗，提高变配电设备的供电能力是极其有利的，所带来的经济效益和社会效益是很明显。广泛采用无功补偿可以提高功率因数，减少线损，是一项投资少，收效快的节能措施。对于当前正在进行的农村电网改造来说，除了应该按《农网改造工程技术原则》的要求进行踏勘、设计、施工外，还应该根据农村用电负荷的特点，合理配置无功功率补偿装置同农网改造工程建设一并进行设计、施工，显得更加重要。