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[摘要]：本文简要阐述了影响功率因数的主要因素以及提高功率因数的措施，介绍了改善功率因数的方法和无功补偿容量的确定，探讨了利用无功补偿提高企业供电系统功率因数的补偿效果。
[关键词]：功率因数 无功补偿 有功功率
中图分类号：TG501.3 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）12- 0253 -01
1.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，除产生有功功率损耗外，还产生无功功率损耗，提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率损耗。
1.1电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备
大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在钢铁企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%[1]。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。电力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[2]。因而，为了改善钢铁企业用电负荷的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
1.2供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响
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，一般无功将增加35%左右[3]。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。
1.3变频器对功率因数的影响
钢铁企业中大量使用了变频器。变频器工作时会产生大量的高次谐波，不仅对用电设备的耐压构成威胁，同时还消耗大量的无功功率，造成功率因数的降低，严重的造成周围的设备无法正常工作。
2 改善功率因数的方法和措施
提高功率因数的方法主要有提高自然功率因数和采用无功补偿提高功率因数两大类。
2.1 提高自然功率因数
2.1.1 合理选用异步感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；合理更换轻负荷感应电动机或者轻负荷电动机的接线，防止“大马拉小车”；条件允许时，用同等容量的同步电动机代替异步电动机。
2.1.2 避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。
2.1.3 合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行情况，限制电焊机、电动机等设备的空载运转。
2.2 采用无功补偿提高功率因数
提高用电设备自然功率因数后， 仍达不到要求的， 可采用无功补偿方法来实现。
2.2.1 用同步补偿器作无功补偿
同步补偿器是无功功率发电机，它的最大优点是可以均匀地调节电网电压，但其投资和运行费用较静电电容器昂贵得多。因此，除大的电网中枢外，一般工业企业应用极少。
2.2.2 用静电电容器作无功补偿
静电电容器（移相电容器或电力电容器）其产生超前电压容性电流特性与电动机、变压器产生滞后电压感性电流相抵消起到补偿作用。在用户线路上分别适当并联静电电容器可使前端电网上的无功电流大大降低， 无功消耗即得到补偿。由于静电电容器本身具有功率损耗极小，使用寿命较长，且容易安装的特点，因此，在一般工业企业中广泛采用的补偿装置是静电电容器。在感性电路中并联电容器进行无功补偿是提高功率因数的有效方法，其补偿方式有个别补偿、分组分散补偿和集中补偿三种。
3 并联电容器补偿容量和数量的确定
功率因数由cosφ1 提高到cosφ2 ，电容器的补偿
容量应为QC= PAV （ tanφ1 - tanφ2 ） （1）
式中： PAV———最大有功计算负荷
tanφ1、tanφ2 ———补偿前、后功率因数角的正切值
在确定了总补偿容量Qc后，可根据所选择的并联电容器单只Qc1容量来确定并联电容器的个数。
n =QC / QC1 （2）
注：用电容器补偿时，要考虑实际运行电压可能与额定电压不同，则电容器能补偿的实际容量将低于额定容量，此时应对此额定容量进行修正，修正计算见公式（3）。当然，实际运行电压只能低于或等于额定电压，除不得已情况下，应避免降压使用电容器。
Qe =QN （U/UN ）2 （3）
其中：
QN —为电容器铭牌上的额定容量（ kVar） ；
Qe —为电容器在实际运行电压下的容量（ kVar） ；
UN —为电容器的额定电压（ kV） 。
4 无功补偿的优点
4.1 改善电能质量
合理安装无功补偿设备可以减少电压损失，降低电压波动，有效改善电网质量。
负荷（ P + JQ ） ；
电压损失△U，ΔU = （ PR +QX ） /U。
其中：U—为线路额定电压， kV；
P—为输送的有功功率， kW；
Q—为输送的无功功率， kVar；
R—为线路电阻，Ω；
X—为线路电抗，Ω。
安装无功补偿设备容量Qc 后，线路电压降为
ΔU1 ，ΔU1 = [ PR + （Q - Qc） ] X /U，很明显，ΔU1 <ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由此得出接入无功补偿容量Qc后电压升高：ΔU1 -ΔU = Qc（X /U），由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。
4.2 降低线路电能损耗、变压器损耗
采用无功补偿主要是為了降损节能， 如输送的有功功率为定值， 加装无功补偿设备后功率因数由cosφ1 提高到cosφ， 因为， 负荷电流I与cosφ成反比， 又由于P = I2 R，线路的有功损失与电流的平方成正比。当cosφ升高， 负荷电流降低， 线路有功损耗必然降低。另外由于合成电流减小，可以用较小的导线截面输送相同的有功功率节约有色金属。
4.3 提高设备利用率
提高功率因数，会提高设备利用率， 充分发挥设备潜能，减少投资。无功补偿提高了功率因数后， 电动机的负载率会得到提高，电动机需要电网提高的供用电能力也将减小；还会使变压器的供电能力得
到加强.例如，对于莱钢特钢银前区一台额定容量为2000kVA的变压器， 当功率因数ccosφ为0. 7时，变压器的供电能力只有Pe = SN cosφ = 2000 ×0. 7 = 1400kVA，当采取无功补偿措施使cosφ为0. 9时， 其供电能力可提高到Pe = 2000 ×0. 9 =1800kVA。换言之， 当用电功率一定时，功率因数提高可使选用变压器的额定容量减小，因为变压器的单价随其额定容量增大而增大，故补偿后可减少投资。
5 结束语
功率因数是衡量供用电系统的一项重要经济指标，文中介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量，并结合实际说明，采取有效的无功补偿措施后，使供电设备得到充分利用，降低了供电系统损耗，提高了电压质量，并节约电能，减少了企业的电费开支， 降低工业产品的成本，提高了企业的经济效益。
参考文献
[1]陈小虎. 工厂供电技术[M ]. 北京：北京高等教育出版社， 2001
[2]勒龙章，丁毓山. 电网无功补偿实用技术[M] . 北京： 中国水利水电出版社.
[3]齐向阳. 工厂供电功率因数的分析及补偿[ J ]. 新疆有色属，2005
[关键词]：功率因数 无功补偿 有功功率
中图分类号：TG501.3 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）12- 0253 -01
1.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，除产生有功功率损耗外，还产生无功功率损耗，提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率损耗。
1.1电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备
大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在钢铁企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%[1]。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。电力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[2]。因而，为了改善钢铁企业用电负荷的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
1.2供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响
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，一般无功将增加35%左右[3]。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。
1.3变频器对功率因数的影响
钢铁企业中大量使用了变频器。变频器工作时会产生大量的高次谐波，不仅对用电设备的耐压构成威胁，同时还消耗大量的无功功率，造成功率因数的降低，严重的造成周围的设备无法正常工作。
2 改善功率因数的方法和措施
提高功率因数的方法主要有提高自然功率因数和采用无功补偿提高功率因数两大类。
2.1 提高自然功率因数
2.1.1 合理选用异步感应电动机的型号和容量，使其接近满载运行；合理更换轻负荷感应电动机或者轻负荷电动机的接线，防止“大马拉小车”；条件允许时，用同等容量的同步电动机代替异步电动机。
2.1.2 避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。
2.1.3 合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行情况，限制电焊机、电动机等设备的空载运转。
2.2 采用无功补偿提高功率因数
提高用电设备自然功率因数后， 仍达不到要求的， 可采用无功补偿方法来实现。
2.2.1 用同步补偿器作无功补偿
同步补偿器是无功功率发电机，它的最大优点是可以均匀地调节电网电压，但其投资和运行费用较静电电容器昂贵得多。因此，除大的电网中枢外，一般工业企业应用极少。
2.2.2 用静电电容器作无功补偿
静电电容器（移相电容器或电力电容器）其产生超前电压容性电流特性与电动机、变压器产生滞后电压感性电流相抵消起到补偿作用。在用户线路上分别适当并联静电电容器可使前端电网上的无功电流大大降低， 无功消耗即得到补偿。由于静电电容器本身具有功率损耗极小，使用寿命较长，且容易安装的特点，因此，在一般工业企业中广泛采用的补偿装置是静电电容器。在感性电路中并联电容器进行无功补偿是提高功率因数的有效方法，其补偿方式有个别补偿、分组分散补偿和集中补偿三种。
3 并联电容器补偿容量和数量的确定
功率因数由cosφ1 提高到cosφ2 ，电容器的补偿
容量应为QC= PAV （ tanφ1 - tanφ2 ） （1）
式中： PAV———最大有功计算负荷
tanφ1、tanφ2 ———补偿前、后功率因数角的正切值
在确定了总补偿容量Qc后，可根据所选择的并联电容器单只Qc1容量来确定并联电容器的个数。
n =QC / QC1 （2）
注：用电容器补偿时，要考虑实际运行电压可能与额定电压不同，则电容器能补偿的实际容量将低于额定容量，此时应对此额定容量进行修正，修正计算见公式（3）。当然，实际运行电压只能低于或等于额定电压，除不得已情况下，应避免降压使用电容器。
Qe =QN （U/UN ）2 （3）
其中：
QN —为电容器铭牌上的额定容量（ kVar） ；
Qe —为电容器在实际运行电压下的容量（ kVar） ；
UN —为电容器的额定电压（ kV） 。
4 无功补偿的优点
4.1 改善电能质量
合理安装无功补偿设备可以减少电压损失，降低电压波动，有效改善电网质量。
负荷（ P + JQ ） ；
电压损失△U，ΔU = （ PR +QX ） /U。
其中：U—为线路额定电压， kV；
P—为输送的有功功率， kW；
Q—为输送的无功功率， kVar；
R—为线路电阻，Ω；
X—为线路电抗，Ω。
安装无功补偿设备容量Qc 后，线路电压降为
ΔU1 ，ΔU1 = [ PR + （Q - Qc） ] X /U，很明显，ΔU1 <ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由此得出接入无功补偿容量Qc后电压升高：ΔU1 -ΔU = Qc（X /U），由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。
4.2 降低线路电能损耗、变压器损耗
采用无功补偿主要是為了降损节能， 如输送的有功功率为定值， 加装无功补偿设备后功率因数由cosφ1 提高到cosφ， 因为， 负荷电流I与cosφ成反比， 又由于P = I2 R，线路的有功损失与电流的平方成正比。当cosφ升高， 负荷电流降低， 线路有功损耗必然降低。另外由于合成电流减小，可以用较小的导线截面输送相同的有功功率节约有色金属。
4.3 提高设备利用率
提高功率因数，会提高设备利用率， 充分发挥设备潜能，减少投资。无功补偿提高了功率因数后， 电动机的负载率会得到提高，电动机需要电网提高的供用电能力也将减小；还会使变压器的供电能力得
到加强.例如，对于莱钢特钢银前区一台额定容量为2000kVA的变压器， 当功率因数ccosφ为0. 7时，变压器的供电能力只有Pe = SN cosφ = 2000 ×0. 7 = 1400kVA，当采取无功补偿措施使cosφ为0. 9时， 其供电能力可提高到Pe = 2000 ×0. 9 =1800kVA。换言之， 当用电功率一定时，功率因数提高可使选用变压器的额定容量减小，因为变压器的单价随其额定容量增大而增大，故补偿后可减少投资。
5 结束语
功率因数是衡量供用电系统的一项重要经济指标，文中介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量，并结合实际说明，采取有效的无功补偿措施后，使供电设备得到充分利用，降低了供电系统损耗，提高了电压质量，并节约电能，减少了企业的电费开支， 降低工业产品的成本，提高了企业的经济效益。
参考文献
[1]陈小虎. 工厂供电技术[M ]. 北京：北京高等教育出版社， 2001
[2]勒龙章，丁毓山. 电网无功补偿实用技术[M] . 北京： 中国水利水电出版社.
[3]齐向阳. 工厂供电功率因数的分析及补偿[ J ]. 新疆有色属，2005