浅谈电网中功率因数及无功补偿
摘要：介绍电力系统中影响电网功率因数的主要因素以及无功补偿的方法。

实现节能、减排、低碳环保。

关键字：电网、功率因数、无功补偿、节能
前言
在电力系统中，由于许多设备大多都是感性负载，在运行中不仅要消耗有功功率，设备本身也消耗无功功率，从而使功率因数降低。

功率因数的提高直接影响电网供电质量的好坏。

如果功率因数过低，将使有功功率输出减少，无功功率增加，导致电能损耗加大、利用率降低。

关系到节约电能和供电质量。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，增加了线路供电损失，因此供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

在交流电路中，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
1、影响功率因数的主要因素
首先我们先了解一下功率因数是怎么产生的，在正弦的交流电路中，用电设备在正常的工作中，消耗功率分为两部分：一是有功功率；二是无功功率。

当有功消耗为一定时，无功功率消耗的减少，就提高功率因数。

当无功功率消耗为0时，那么功率因数就为1，使得电能利用率达到100%。

影响功率因数的主要因数分为以下几种：
1.1异步电动机和电力变压器是消耗无功的主要设备
异步电动机的定子与转子之间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因数。

而异步电动机所耗用的无功功率是其空载时的无功功率和一定负载下无功功率两部分组成。

所以要改善异步电动机的功率因数就要防止空载运行。

变压器消耗的无功主要成份是它的空载运行，因此提高电力系统和企业的功率因数，就需要变压器不能空载运行或者低负荷运行。

同时工厂中由于有大量的电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，同样也消耗大量的无功功率，从而使功率因数降低。

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%是，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长的很快。

当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使他们的功率因数有所提高。

供电电压降低会影响电器设备的正常工作。

所以，应当采取措施使电力系
统的供电电压尽可能保守稳定。

2、无功补偿及补偿方法
在上述中，我们知道要想提高功率因数，就必须寻找一些行之有效的方法。

无功补偿是同时提高功率传输容量和电压稳定性的最有效办法。

输电系统的无功补偿主要是为了控制电压、提高输电网络的最大功率传输能力和提高电力系统运行的稳定性。

配电系统的无功补偿大多属于负荷的补偿，主要是控制无功功率、改善负荷的功率因数、改善电能质量。

在选用无功补偿设备室应该注意：
①并联电容器和并联电抗器是电网无功补偿的重要设备，应优先选用此种设备。

②当发电厂经过长距离的线路送电给一个较强的受端系统时，为缩短线路的电气距离，宜选用串联电容器，其补偿一般不宜大于50%，并应防止次同步谐振。

③带用冲击负荷或负荷波动、不平衡严重的工业企业，应采用静止无功补偿器。

2.1并联无功补偿装置
并联无功补偿装置主要包括并联与电力电网中的同步调相机、电力电容器、并联电抗器和静止式无功补偿装置等。

不同类型的无功补偿设备对电网稳定性有不同的影响。

①同步调相机。

可以连续无极地调节向电网提供容性或感性无功功率，提高电网运行的稳定性。

②并联电容器。

只能分级地调节向电网提供的容性无功功率，以补偿感性无功功率，减少电网的有功损耗，提高电网的电压水平。

③并联电抗器。

可以向电网提供分级可调的感性无功，一补偿局部多余的容性无功功率，保证电网电压的稳定性。

④静止式无功补偿装置（Static V ar Compensater,简称SVC）。

静止是与传统的同步调相机的旋转相对应的。

SVC是一种快速调节无功功率的装置，他可使所需无功功率作随机调整，从而保持在冲击性负荷节点的系统电压水平恒定，他可有效的抑制冲击性负荷所引起的电压波动和闪变、高次谐波，提高功率因数，还可以按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功功率的平衡，使系统的负荷处于稳定、安全、可靠的运行状态。

2.2串联电容补偿
串联电容补偿是指将电力电容器串联于需要补偿的输电线路中。

国外现在运
行中或计划中的输电线路补偿度高达75%~80%，由于电压分布或继电保护的原因，补偿度要受限制。

我国串补线路设计的补偿度一般不大于50%。

不同电压等级的输电线路采用串联补偿的作用不一样。

①在220kV及以上的输电线路中，采用串补是为了增强电网的稳定性，提高输电能力。

②在110kV及以下的输电线路中，采用串补主要为了减小线路电压降，降低线路受端电压的波动，提高供电电压质量。

2.3采取适当措施，提高功率因数
提高自然功率因数是在不添置任何补偿设备，采用降低各用电设备所需的无功功率减少负载取用无功来提高企业功率因数的方法，他不需要增加投资，是最经济的提高功率因数的方法。

下面介绍几种提高自然功率因素的措施
①合理使用电动机。

在选择电动机时，在规格和容量上，根据用户需要，要使其电动机接近满载运行。

这样不仅能使点击利用率提高还能提高经济效益。

②合理选择配变容量，改善运行方式。

根据负荷的变化，及时的更换、并联、停运等方法，让用电设备负载率达到最佳值。

③提高一步电动机的检修质量。

对电动机检修时合理的改变定子绕组的匝数和转子间的气隙，都能有效的改变无功功率的消耗。

④采用同步电动机或异步电动机同步运行提高功率因数。

由电机原理知道，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，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。

因此，只要调节电机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。

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”。

因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态，即能向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。

3、无功补偿的效益
在《供电营业规则》中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100kV A及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上。

”我国供电企业每月向工厂收取电费，就规定电费要按每月平均功率因数高低进行调整，例如平均功率因数高于规定值，可减收电费，不仅降低经济成本，还充分提高电能利用率。

而低于规定值，则要加收电费，以鼓励用户积极设法提
高功率因数。

4、结束语
综合上述讨论，在供电系统中合理适当的增加无功补偿，提高功率因数不仅能充分地发挥电力设备的生产能力和电能的利用率，改善电压质量，提高设备的工作效率，还能为用户减少生产成本，从而达到更加经济运行、节能环保、低碳生产，为社会创造良好的经济效益。

参考文献
【1】刘介才编.工厂供电（第四版）.北京：机械工业出版社，2004.5
【2】李宏，郭涛，乔长君.电力主设备运行技术问答.北京：化学工业出版社，2010.3。