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[摘要] 本文探讨了影响电力系统功率因数的一些主要因素，列举了一些能够使低压电力网功率因数提高的实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果，确保无功补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的。
[关键词]功率因数无功补偿措施
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
电网中许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，有功功率的平衡直接反映在电网的频率变化上，而电网各部分无功功率能否平衡将直接影响到各个部分的系统电压，两者缺一不可。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
2. 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。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数 问题 的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
2.1 异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和 企业 的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。
2.2供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影響
当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
2.3 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
2.4 变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
以上论述了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、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
3. 无功补偿的一般方法
无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。
3.1 低压个别补偿:
低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。
3.2 低压集中补偿：
低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
3.3高压集中补偿：
高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
4. 采取适当措施，设法提高系统功率因数
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。
4.1采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网"吸取"无功，在过励状态时，定子绕组向电网"送出"无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。 异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是"异步电动机同步化"。
4.2 合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低的配变，一般采取"撤、换、并、停"等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
5. 无功电源
电力系统中应用的无功补偿设备主要有下面几种：
5.1可投切并联电容器和电抗器
可投切并联电容器和电抗器被应用于所有电压等级的电网中，可从最高电压的输电系统直到工厂配电系统。它主要用以改善功率因数。但由于需要频繁操作而必须装设开关，同时也带来附加的投资和运行费用。另外，电容器的投切将引起暂态过程，会产生过电压，同时，投人电容器能产生大的暂态冲击涌流，分别在开关和电答器上产生应力。
并联电容器主要用来改善功率因数。而无功功率需求的降低可带来显著的经济效益。然而，电容器组的装设可能在它的电容和系统的电抗之间引起各种谐波频率下的谐振，造成过电压和过电流。另外、电容器组本身也可以吸收一定的谐波电流，此谐波电流是由网络中存在的电压畸变产生的，并因此而引起电容器过负荷。因此，在安装改善功率因数的电容器组以前，应当对网络中的谐波电压进行分析监测，并考虑电容器对系统其它部分的影响。
5.2同步调相机
同步调相机能够连续地调整无功功率，可以发出或者吸收无功功率，正常状态时用来调整电网电压，其一般具有快速响应的自动励磁控制。在系统遭受扰动或无功负荷快速变动能时保持稳定。同步调相机不受其机端电压限制而能够维持满负荷额定电流，并能短时增加其无功功率输出以支持系统电压，这对于受电端系统是非常有用的。但是，同步机也有自身固有的局限性，如响应速度放慢（相对静止无功补偿器），损耗较大，其惯性会引起欠阻尼振荡或失去稳定，运行维护工作量大、投资费用大等。
5.3静止无功补偿器。
静止无功补偿器是由可以产生无功的电容器和可以吸收无功的电抗路组成的，为了能够进行连续调节无功，这两种元件中至少有一种是可变的，在某些系统的应用中，静止无功补偿器必须能够在系统的特定条件下运行，投资费用大等。的电容器和可以吸收无功的电抗路摆动到另一个极端。它的 “动态”调整范围只是整个调整范围的一部分，而在这个调整范围内其响应几乎是瞬间的，对于单位额定容量价格较昂贵的可变元件，在设计时应考虑将它的容量减低到只与动态调整范围相关的程度，而其他则以机械方式来投切电抗或电容元件，这样可以在所给定的总调整范围内自动地进行控制，从而使静止无功补偿器的综合投资减少。
6. 结束语
在电力系统中，由于无功功率不足，会使系统电压及功率因素降低，从而损坏用电设备，严重是会造成电压崩溃、使系统瓦解，造成大面积停电。另外，功率因素和电压的降低，还会使电气设备得不到充分利用，造成电能损耗增加，效率降低，限制了线路的送电能力，影响电网的安全运行及用户的正常用电。以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
参考文献:
[1]魏庆海 现代电网运行与控制. 北京：中国电力出版社，2010.
[2]张全元 变电运行现场技术问答. 北京：中国电力出版社，2009.
[关键词]功率因数无功补偿措施
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
电网中许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，有功功率的平衡直接反映在电网的频率变化上，而电网各部分无功功率能否平衡将直接影响到各个部分的系统电压，两者缺一不可。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
2. 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。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数 问题 的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
2.1 异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和 企业 的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。
2.2供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影響
当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
2.3 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
2.4 变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
以上论述了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、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
3. 无功补偿的一般方法
无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。
3.1 低压个别补偿:
低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。
3.2 低压集中补偿：
低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
3.3高压集中补偿：
高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
4. 采取适当措施，设法提高系统功率因数
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。
4.1采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网"吸取"无功，在过励状态时，定子绕组向电网"送出"无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。 异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是"异步电动机同步化"。
4.2 合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低的配变，一般采取"撤、换、并、停"等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
5. 无功电源
电力系统中应用的无功补偿设备主要有下面几种：
5.1可投切并联电容器和电抗器
可投切并联电容器和电抗器被应用于所有电压等级的电网中，可从最高电压的输电系统直到工厂配电系统。它主要用以改善功率因数。但由于需要频繁操作而必须装设开关，同时也带来附加的投资和运行费用。另外，电容器的投切将引起暂态过程，会产生过电压，同时，投人电容器能产生大的暂态冲击涌流，分别在开关和电答器上产生应力。
并联电容器主要用来改善功率因数。而无功功率需求的降低可带来显著的经济效益。然而，电容器组的装设可能在它的电容和系统的电抗之间引起各种谐波频率下的谐振，造成过电压和过电流。另外、电容器组本身也可以吸收一定的谐波电流，此谐波电流是由网络中存在的电压畸变产生的，并因此而引起电容器过负荷。因此，在安装改善功率因数的电容器组以前，应当对网络中的谐波电压进行分析监测，并考虑电容器对系统其它部分的影响。
5.2同步调相机
同步调相机能够连续地调整无功功率，可以发出或者吸收无功功率，正常状态时用来调整电网电压，其一般具有快速响应的自动励磁控制。在系统遭受扰动或无功负荷快速变动能时保持稳定。同步调相机不受其机端电压限制而能够维持满负荷额定电流，并能短时增加其无功功率输出以支持系统电压，这对于受电端系统是非常有用的。但是，同步机也有自身固有的局限性，如响应速度放慢（相对静止无功补偿器），损耗较大，其惯性会引起欠阻尼振荡或失去稳定，运行维护工作量大、投资费用大等。
5.3静止无功补偿器。
静止无功补偿器是由可以产生无功的电容器和可以吸收无功的电抗路组成的，为了能够进行连续调节无功，这两种元件中至少有一种是可变的，在某些系统的应用中，静止无功补偿器必须能够在系统的特定条件下运行，投资费用大等。的电容器和可以吸收无功的电抗路摆动到另一个极端。它的 “动态”调整范围只是整个调整范围的一部分，而在这个调整范围内其响应几乎是瞬间的，对于单位额定容量价格较昂贵的可变元件，在设计时应考虑将它的容量减低到只与动态调整范围相关的程度，而其他则以机械方式来投切电抗或电容元件，这样可以在所给定的总调整范围内自动地进行控制，从而使静止无功补偿器的综合投资减少。
6. 结束语
在电力系统中，由于无功功率不足，会使系统电压及功率因素降低，从而损坏用电设备，严重是会造成电压崩溃、使系统瓦解，造成大面积停电。另外，功率因素和电压的降低，还会使电气设备得不到充分利用，造成电能损耗增加，效率降低，限制了线路的送电能力，影响电网的安全运行及用户的正常用电。以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
参考文献:
[1]魏庆海 现代电网运行与控制. 北京：中国电力出版社，2010.
[2]张全元 变电运行现场技术问答. 北京：中国电力出版社，2009.