提高功率因数的意义和方法摘要：在供电过程中，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗；关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约电能和整个供电区域的供电质量。

提高电力系统功率因数对于企业效率、国民经济、节约能源有重要的现实意义。

文章从功率因数提高的现实意义、影响电网功率因数的主要原因、低压无功补偿的几种实用方法、功率因数自动跟踪补偿多角度作了分析论述。

提出了：功率因数补偿要因地制宜，根据实际情况灵活地采取补偿措施，从补偿设备的“硬件”上和电力设备使用管理的“软件”上同时进行，提高功率因数，减少电力损耗、节约能源，保障供电质量。

关键词：功率因数；节约电能；供电质量；自然功率因数；补偿方法；自动跟踪补偿；1 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。

功率因数是交流电路的重要技术数据之一。

目前就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间。

功率因数的高低，对于电气设备的利用率和分析、研究电能消耗等问题都有十分重要的意义。

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。

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，若能有效地搞好低压补偿，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。

2 功率因数及其意义2.1 功率因数所谓功率因数，是指任意无源二端网络（与外界有二个接点的电路）两端电压U与其电流I之间的位相差的余弦。

在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，P=UIcosΦ。

在交流电路中，负载电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即：cosΦ=P/S。

由此可以看出，电路中消耗的功率P，不仅取决于电压与电流的大小，还与功率因数有关。

2.2提高功率因数的意义一般来说，在电力电网络中，提高用电器的功率因数有两方面的意义，一是可以减小输电线路上的功率损失，提高供电质量，节约能源；二是可以充分发挥电力设备如发电机、变压器等的潜力节约成本。

因为用电器总是在一定电压U和一定有功功率P的条件下工作，由公式P=UIcosΦ可知，功率因数过低，就要用较大的电流来保障用电器正常工作，与此同时输电线路上输电电流增大，从而导致线路上焦耳热损耗（P=I2R）增大，造成能源浪费。

另外，在输电线路的电阻上及电源的内组上的电压降，都与用电器中的电流成正比，增大电流必然增大在输电线路和电源内部的电压损失，造成输出电压的波动。

因此，提高用电器的功率因数，可以减小输电电流，稳定输出电压，进而减小了输电线路上的功率损失。

提高功率因数，可以充分发挥电力设备的潜力，这也不难理解。

因为任何电力设备，工作时总是在一定的额定电压和额定电流限度内。

工作电压超过额定值，会威胁设备的绝缘性能；工作电流超过额定值，会使设备内部温度升得过高，内耗增加，从而降低了设备的使用寿命。

对于电力设备，电压与电流额定值的乘积，称为这台设备的额定视在功率S额即：S额＝U额I额也称它为设备的容量，对于发电机来说，这个容量就是发电机可能输出的最大功率，它标志着发电机的发电潜力，至于发电机实际输出多大功率，就跟用电器的功率因数有关，用电器消耗的功率为P=UIcosΦ功率因数高，表示有功功率占额定视在功率的比例大，发电机输出的电能被充分地利用了。

例如，发电机的容量若为15000千伏安，当电力系统的功率因数由0．6提高到0．8时，就可以使发电机实际发电能力提高3000千瓦，设备的利用也更合理。

所以提高功率因数，减少了线路中总电流；降低了本身电能的损耗。

减少了供电系统中的电气元件，如变压器、配电设备、导线等的容量；因此减少了投资费用。

可以使负载电压更稳定，改善供电的质量。

3 功率因数主要影响因素首先我们来了解功率因数产生的主要原因。

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，则其功率因素cosΦ=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。

影响功率因素主要是下面几个方面。

3.1 负载对功率因数的影响功率因数cosΦ的Φ其物理意义是负载电压、电流之间的相位差，所以，电路负载的性质对功率因数cosΦ有直接的影响。

对于电阻性负载，其电压与电流的位相差为0，因此，电路的功率因数最大（ cosΦ=1）；而纯电感电路，电压与电流的位相差为π／2，并且是电压超前电流；在纯电容电路中，电压与电流的位相差则为－（π／2），即电流超前电压。

在后两种电路中，功率因数都为cosΦ=0。

对于一般性负载的电路，功率因数就介于0与1之间。

电力系统负载：电动机、变压器、变频器、日光灯……，绝大多数都是电感性的，电容性的非常少见。

也就是因为这个电感性的存在，负载系统等效成RL电路，位相差不等于零，即：Φ≠0。

通常它们的功率因数都比较低。

交流感应电动机在额定负载时，功率因数约为0.8~0.85，轻载时只有0.4~0.5，空载时仅为0.2~0.3；日光灯的功率因数为0.45~0.6左右。

异步电动机和电力变压器是利用电磁感应原理工作的，工作中的励磁是耗用无功功率的主要原因。

所以，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。

电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。

此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。

当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。

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。

3.2 供电质量对功率因数的影响供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。

S=UI, P=UIcosΦ，如果，输出功率P不变，负载Z不变，那么U增加必导致S增加，由cosΦ=P/S可知：功率因数cosΦ下降。

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。

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。

电机、变压器的能量传输和转换都依赖磁场。

在电磁转换过程中，由于铁芯磁化的非线性会导致电感量L的变化。

电抗XL=2∏fL，供电频率的变化将会使电抗变化。

据交流电路分析可知：阻抗的变化将会使电路功率因数发生变化。

具体是频率变大，电抗变大，无功分量变大，功率因数下降。

4 提高功率因数的方法我们知道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。

4.1无功补偿提高功率因数电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。

因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。

减少了无功功率在电网中的流动，可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗。

人为地改变负载特性使之接近纯电阻，相当于并联谐振，此时功率因数cosΦ≈1，母线电流最小。

补偿电容C=P/2∏fUU（tanΦ补-tanΦ）。

实际应用时要考虑经济性。

我们知道系统功率在环形网络中与电阻成反比分布时,功率损耗为最小,我们称这种功率分布为经济分布。

为了降低网络功率损耗,可以采取改变系统运行方式,调整运行参数和负荷率等措施使网络的功率分布接近经济分布,使网络运行更经济,功率损耗为最小。

在有功功率合理分配的同时,还应做到无功功率的合理分布。

按照就近的原则安排补偿,减少无功远距离输送。

增设无功补偿装置,并合理配置,以提高负荷的功率因数,改变无功潮流分布,可以减少有功损耗和电压损耗,可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率,使线损大为降低,而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。

根据公式δP %=〔1 - (cosΦ1/cosΦ2 ) 〕×100 %当功率因数由cosΦ1 提高到cosΦ2 时,则线路中的功率损耗降低率为δP % ,可以计算出当功率因数由0. 7 提高到0. 9 时线路中的功率损耗可减少39. 5 %。

低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

4.1.1.随机补偿随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。

随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿磁无功为主，此种方式可较好地限制农网无功峰荷。

随机补偿的优点是：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，而且不需频繁调整补偿容量。

具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等特点。

4.1.2.随器补偿随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。

随器补偿的优点是：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

4.1.3.跟踪补偿跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。

适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

跟踪补偿的优点是：运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。