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【摘要】提高功率因数，对整个电网的电压和降损都有着重要的现实意义。应按照“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡”的原理，进行最经济最合理地配置和管理。從而取得最大经济效益。整个电网系统要在搞好规划，技术的前提下，才能提高电网运行的经济效益和水平，才能更好地保证广大用户的用电质量。本文主要介绍了功率因数的影响因素以及应用，特别是无功补偿技术的应用。
【关键词】功率因数 提高应用
前言
功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业、特别是对现阶段全国性的一些改造后的农村电网来说，若能有效的搞好无功补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费，其社会效益及经济效益都会是非常显著的。
一、影响功率因数的主要因素
1、大量的电感性设备，如电力变压器和异步电动机等是影响功率因数，耗用无功功率的主要设备变压器功率损耗由变压器的空载损耗和负载损耗两部分组成，空载损耗同负载率的大小无关，而随电压的变化而变化。变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％一15％，它的空载无功功率约为满载时的113。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。异步电动机的无功损耗包括两部分：一部分是建立旋转磁场所需要的空载无功功率，约占电机额定无功功率的60％一70％，其大小主要与容量有关：另一部分是带负荷时在绕组漏抗中消耗的无功功率，它与电动机受载系数的平方成正比，负载率越小，功率因数越低。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。特别在农村电网中，由于存在大量的小容量异步电动机和小容量配电变压器，在同样的有功负荷下，无功负荷比较大，自然功率因数一般只能达到0．6—0．7。
2、电网电压波动过大也会对功率因数造成很大的影响当电网电压高于额定值的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。
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。综上所述，我们了解了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、能够使电力网功率因数提高的一些实用方法，使配电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
二、提高自然功率因数的应用
提高电网功率因数是涉及面很广的系统工程，关键在于管理。在于各种制度的建立和落实上。供电企业首先要健全无功负荷管理体系，分级分层次地进行管理。要建立各相应的规章制度，并严格按制度开展工作。要开展无功负荷管理工作，在管理好有功负荷的同时，也要管理好无功负荷。
提高自然功率因数，是指不添置任何补偿设备，仅靠采取技术改造和合理管理等措施，来减少对供电系统所需要的无功功率，它不需要增加设备的投资，是最经济有效的提高功率因数的方法。提高自然功率因数，首先应明确企业中各用电设备的无功功率需要情况。从中找出无功功率的主要用途，然后抓住重点，采取措施加以解决。
2．1电动机：交流感应电动机的功率因数一般是在0．7—0．9的范围内变化，电动机的负荷越低，其功率因数也越低。在功率及转速相等的情况下又以密闭型和绕线型电动机的功率因数为低。一般企业取自电力系统的全部无功功率中交流感应电动机占60％以上。
2．2变压器：变压器的励磁功率是与负荷无关的无功功率。通常为变压器额定容量的1-2％．变压器的漏电电抗需要的无功功率却是与变压器负荷电流的平方成正比变化的，若变压器轻载运行时，当负荷率小于0．6，功率因数将显著下降。
2．3变流设备：随着半导体技术的发展。硅二极管和可控硅的应用量增加。在二极管整流装置中小型单相整流装置的功率较低一般为COSφ=0．5，可控硅传动装置的功率因数大约正比于直流输出电压与额定电压的比值，所以当负荷低时．功率因数也很低。
2．4电炉：除电阻炉的功率因数较高外。其它类型的电炉功率因数都较低。
2．5电焊机的功率因数COSφ=0．3—0．6。
根据上面所述，企业无功功率的主要用户是感应电动和变压器，其次是变流设备、电焊机及感应电炉等，因此，提高企业自然功率因数的主要措施应当是：
(1)合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，使电能得到充分利用。
(2)合理使用异步电动机及变压器，正确设计和选用变流装置，限制电焊机和限制电动机的空载运行。
(3)条件允许时，用同等容量的同步电动机代替异步电动机。
三、利用无功补偿提高功率因数
无功补偿装置按延时时间分动态补偿和静态补偿，具体选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定．首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿方式，功率因数的改善效果明显；对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置；对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式，尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的．一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40 ms考虑则从40 ms到5 s之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程．如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程且能量又有较大的变化，就称为瞬变或闪变．对于瞬变或闪变线路，不能采用动态补偿，否则可能引发事故。
配电网无功补偿包括：变电所集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿和用户终端分散补偿：下面简单介绍这各种补偿方式的优缺点和如何确定补偿容量。
3．1变电所集中补偿针对配电网的无功平衡，在变电所进行集中补偿，主要目的是就近向配电线路前段(靠近变电所的线路)输送无功，改善配电网的功率因数，具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方式对农网有农网季节性强，设备负荷率低，变电所无功补偿容量难适应季节性和昼夜大幅度变化的无功负荷的需要。补偿容量通常按主变容量的15％一30％配备。
3．2 10kV配电线路集中和分散补偿配电线路分散补偿，是指把一定容量的高压并联电容器分散安装在供电距离远、负荷重、功率因数低的10kV架空线路上，主要补偿线路上感性电抗所消耗的无功功率和配电变压器励磁无功功率损耗，还可提高线路末端电压。配电线路无功补偿适用于线路主干线长度超过10km、超过经济电流密度运行的重负荷线路、电压质量差的线路。为防止轻载时向电网倒送无功，容量选择以补偿局部电网中配电变压器的空载损耗总值为度。一般对于均匀分布无功负荷的配电线路，其补偿容量和安装位置按2n／2n+l(其中n为不小于1的整数)规则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿效益及投资回收期限，沿线的无功补偿点以安装一处为宜，最多不应超过两处，可以直接连接于主干线上和较大的分支线上，每个补偿点的容量不宜超
过100—150kvar。
3．3用户分散补偿目前我国城镇低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿、居民小区等对无功需求都很大，直接在用户末端进行无功补偿是最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。工厂、车间集中补偿容量QC，可以按下式确定：
QC=Pav(tgϕl—tgϕ2)
Pav——用户最高负荷月平均有功功率，kW：
Tgϕl——补偿前功率因数角的正切值；
tgϕ2——补偿到规定的功率因数角的正切值。
用户终端分散补偿方式更能体现以下优点：线损率可减少20％，可减少电压损失，改善电压质量，进行改善用电设备启动和运行条件；释放系统能量，提高线路供电能力。补偿时可根据配电变压器低压侧最大需求来确定自动分级无功补偿装置的最大容量。
3．4 10／0．4kV配电变压器的随机补偿10／0．4kV配电变压器的随机补偿是将低压无功补偿装置直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器同时投切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。
据统计只要对每台变压器都进行就地补偿，就可以补偿农网总无功负荷的约50％，是目前补偿无功最有效的手段之一。对100kVA及以上的配电变压器宜采用自动无功补偿装置，能够自动进行投切，还可以实现分相补偿，补偿容量可以按配变无功损耗的1．5—1．8倍估算。
结语
功率因数是电网运行中的重要指标之一。提高功率因数，降低线损，降低成本是提高经济效益的重要措施，分析清楚电网功率因数，减少无功负荷，降低线损，采取必要的管理措施和技术手段，以提高电网的经济效益，达到社会的可持续性发展。
参考文献
[1]蔡敏．《电网无功补偿方式的探讨》[J]．华中电力，2004(2)：23．
[2]《进网电工教材下册》，辽宁科学技术出版社．
[3]《功率因数补偿节电技术》·江西科学技术出版社·
【关键词】功率因数 提高应用
前言
功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业、特别是对现阶段全国性的一些改造后的农村电网来说，若能有效的搞好无功补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费，其社会效益及经济效益都会是非常显著的。
一、影响功率因数的主要因素
1、大量的电感性设备，如电力变压器和异步电动机等是影响功率因数，耗用无功功率的主要设备变压器功率损耗由变压器的空载损耗和负载损耗两部分组成，空载损耗同负载率的大小无关，而随电压的变化而变化。变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％一15％，它的空载无功功率约为满载时的113。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。异步电动机的无功损耗包括两部分：一部分是建立旋转磁场所需要的空载无功功率，约占电机额定无功功率的60％一70％，其大小主要与容量有关：另一部分是带负荷时在绕组漏抗中消耗的无功功率，它与电动机受载系数的平方成正比，负载率越小，功率因数越低。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。特别在农村电网中，由于存在大量的小容量异步电动机和小容量配电变压器，在同样的有功负荷下，无功负荷比较大，自然功率因数一般只能达到0．6—0．7。
2、电网电压波动过大也会对功率因数造成很大的影响当电网电压高于额定值的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。
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。综上所述，我们了解了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、能够使电力网功率因数提高的一些实用方法，使配电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
二、提高自然功率因数的应用
提高电网功率因数是涉及面很广的系统工程，关键在于管理。在于各种制度的建立和落实上。供电企业首先要健全无功负荷管理体系，分级分层次地进行管理。要建立各相应的规章制度，并严格按制度开展工作。要开展无功负荷管理工作，在管理好有功负荷的同时，也要管理好无功负荷。
提高自然功率因数，是指不添置任何补偿设备，仅靠采取技术改造和合理管理等措施，来减少对供电系统所需要的无功功率，它不需要增加设备的投资，是最经济有效的提高功率因数的方法。提高自然功率因数，首先应明确企业中各用电设备的无功功率需要情况。从中找出无功功率的主要用途，然后抓住重点，采取措施加以解决。
2．1电动机：交流感应电动机的功率因数一般是在0．7—0．9的范围内变化，电动机的负荷越低，其功率因数也越低。在功率及转速相等的情况下又以密闭型和绕线型电动机的功率因数为低。一般企业取自电力系统的全部无功功率中交流感应电动机占60％以上。
2．2变压器：变压器的励磁功率是与负荷无关的无功功率。通常为变压器额定容量的1-2％．变压器的漏电电抗需要的无功功率却是与变压器负荷电流的平方成正比变化的，若变压器轻载运行时，当负荷率小于0．6，功率因数将显著下降。
2．3变流设备：随着半导体技术的发展。硅二极管和可控硅的应用量增加。在二极管整流装置中小型单相整流装置的功率较低一般为COSφ=0．5，可控硅传动装置的功率因数大约正比于直流输出电压与额定电压的比值，所以当负荷低时．功率因数也很低。
2．4电炉：除电阻炉的功率因数较高外。其它类型的电炉功率因数都较低。
2．5电焊机的功率因数COSφ=0．3—0．6。
根据上面所述，企业无功功率的主要用户是感应电动和变压器，其次是变流设备、电焊机及感应电炉等，因此，提高企业自然功率因数的主要措施应当是：
(1)合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况，使电能得到充分利用。
(2)合理使用异步电动机及变压器，正确设计和选用变流装置，限制电焊机和限制电动机的空载运行。
(3)条件允许时，用同等容量的同步电动机代替异步电动机。
三、利用无功补偿提高功率因数
无功补偿装置按延时时间分动态补偿和静态补偿，具体选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定．首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿方式，功率因数的改善效果明显；对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置；对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式，尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的．一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40 ms考虑则从40 ms到5 s之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程．如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程且能量又有较大的变化，就称为瞬变或闪变．对于瞬变或闪变线路，不能采用动态补偿，否则可能引发事故。
配电网无功补偿包括：变电所集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿和用户终端分散补偿：下面简单介绍这各种补偿方式的优缺点和如何确定补偿容量。
3．1变电所集中补偿针对配电网的无功平衡，在变电所进行集中补偿，主要目的是就近向配电线路前段(靠近变电所的线路)输送无功，改善配电网的功率因数，具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方式对农网有农网季节性强，设备负荷率低，变电所无功补偿容量难适应季节性和昼夜大幅度变化的无功负荷的需要。补偿容量通常按主变容量的15％一30％配备。
3．2 10kV配电线路集中和分散补偿配电线路分散补偿，是指把一定容量的高压并联电容器分散安装在供电距离远、负荷重、功率因数低的10kV架空线路上，主要补偿线路上感性电抗所消耗的无功功率和配电变压器励磁无功功率损耗，还可提高线路末端电压。配电线路无功补偿适用于线路主干线长度超过10km、超过经济电流密度运行的重负荷线路、电压质量差的线路。为防止轻载时向电网倒送无功，容量选择以补偿局部电网中配电变压器的空载损耗总值为度。一般对于均匀分布无功负荷的配电线路，其补偿容量和安装位置按2n／2n+l(其中n为不小于1的整数)规则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿效益及投资回收期限，沿线的无功补偿点以安装一处为宜，最多不应超过两处，可以直接连接于主干线上和较大的分支线上，每个补偿点的容量不宜超
过100—150kvar。
3．3用户分散补偿目前我国城镇低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿、居民小区等对无功需求都很大，直接在用户末端进行无功补偿是最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。工厂、车间集中补偿容量QC，可以按下式确定：
QC=Pav(tgϕl—tgϕ2)
Pav——用户最高负荷月平均有功功率，kW：
Tgϕl——补偿前功率因数角的正切值；
tgϕ2——补偿到规定的功率因数角的正切值。
用户终端分散补偿方式更能体现以下优点：线损率可减少20％，可减少电压损失，改善电压质量，进行改善用电设备启动和运行条件；释放系统能量，提高线路供电能力。补偿时可根据配电变压器低压侧最大需求来确定自动分级无功补偿装置的最大容量。
3．4 10／0．4kV配电变压器的随机补偿10／0．4kV配电变压器的随机补偿是将低压无功补偿装置直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器同时投切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。
据统计只要对每台变压器都进行就地补偿，就可以补偿农网总无功负荷的约50％，是目前补偿无功最有效的手段之一。对100kVA及以上的配电变压器宜采用自动无功补偿装置，能够自动进行投切，还可以实现分相补偿，补偿容量可以按配变无功损耗的1．5—1．8倍估算。
结语
功率因数是电网运行中的重要指标之一。提高功率因数，降低线损，降低成本是提高经济效益的重要措施，分析清楚电网功率因数，减少无功负荷，降低线损，采取必要的管理措施和技术手段，以提高电网的经济效益，达到社会的可持续性发展。
参考文献
[1]蔡敏．《电网无功补偿方式的探讨》[J]．华中电力，2004(2)：23．
[2]《进网电工教材下册》，辽宁科学技术出版社．
[3]《功率因数补偿节电技术》·江西科学技术出版社·