浅析提高功率因数的意义及方法

1、引言

        功率因数对电气人员来说并不陌生，它是电力系统中衡量传输电能效果的一个非常重要的指标，它表示传输系统中有功功率的比例，功率因数在教科书中用cosφ表示，在工程上一般用λ表示功率因数，即λ=P/S，式中P为有功功率，S为视在功率。φ是电路中电压与电流的相位差，既是电路的阻抗角，若忽略线路阻抗则φ取决于电路中负载参数。比如对纯阻性负载，其两端电压与通过的电流同相位，相位差φ为0，即cosφ为1，对于其他负载的功率因数都是在0到1之间。对于电力系统中负载大部分是感性负载，由于感性负载的存在，使系统中功率因数小于1，对于异步电动机的功率因数在额度负载时一般在0.7到0.9之间，若异步电动机处于轻载或者空载时功率因数会更低。此时感性负载就会向电源吸收一部分无功功率Q=Ssinφ，这样电源与负载之间会发生无功功率的交换。此时电源会发出有功功率P和无功功率Q，系统中出现了无功功率，那么系统会出现什么问题呢？

2、提高功率因数的意义

  （1）发电设备的容量不能充分利用。根据公式P=Scosφ、Q=Ssinφ可知，功率因数cosφ越小，发电机发出的有功功率越小和发出的无功功率越多，那么发电机与负载之间的能量交换的规模也就越大，发电机的容量将不能得到充分利用。

   （2）发电机和输电线路损耗增加。当发电机发出的电压U和有功功率P一定时，根据公式P=UIcosφ，功率因数cosφ越小，发电机输出电流I越大，根据△P=RI ² ，发电机和输电线路损耗越大，可见功率因数越低，发电机和输电线路损耗越大。

  （3）增加工业用户的电费。工业用户的电费一般采用两部电费制，一部分电费按照用户安装变压器的容量收取电费，这部分电费一旦安装了变压器就要缴费，这部分电费称为基本电费；另一部分电费是用户实际消耗的电量，即电度电费。同时这两部分电费在根据工业用户的功率因数调整电费，即基本电费和电度电费之和乘以调整系数就是最后要交的电费。供电公司会根据用户类型定一个最低功率因数，当用户的功率因数低于规定功率因数时，供电公司将会处罚用户，此时电费调整系数是一个大于1的数，用户将被多缴纳电费。当用户的功率因数高于规定功率因数时，供电公司将会奖励用户，此时电费调整系数是一个小于1的数，用户将少缴纳电费。

         通过上述分析可知，功率因数低对电力系统和用户都不利。 而提高功率因数对于国民经济发展具有重要作用，使得发电机得到充分利用，可以减少电能传输过程中的损耗，也可以使电能得到大量节约。

        对于感性负荷需要吸收一定的无功功率，但是电力系统为了提高功率因数要减少与负载无功功率之间能量变换，那么怎么解决这个矛盾呢？也就是既要满足感性负载的无功功率需求，又要减少电源与感性负载能量之间交换，这就是提供功率因素的实际意义。

3、提高功率因数的方法

        根据《全国供用电规则》和《电力系统电压和无功电力技术导则》，均要求电力用户的功率因数应达到下列规定：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，其用户交接点处的功率因数为0.9以上；其他100kVA(kW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站，其用户交接点处的功率因数为0.85以上。而《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》中则规定：100kVA及以上高压供电的电力用户，在用户高峰时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95；其他电力用户，功率因数不宜低于0.90。

        目前常用提高功率因数的方法是在感性负载两端并联电容器，如下图所示。以电源电压为参考相量，在没有并联电容器之前，电路电流：

cosφ1为并联电容器之前的功率因数，有功功率为P。并联电容器后，电路中功率因数变成了cosφ2，但是并联前后电路中消耗的有功功率P不变，电路中电流I=P/(Ucosφ2)，相量图如下所示。 并联电容器容量为：

        可知并联电容器是提高了电路中的功率因数，不是提高了电感负载的功率因数。并联电容器后电感负载需要的无功功率由电容器提供，同时并联电容器后电路中电流明显减少，对于选择导体的截面和变压器的容量等可以变小，从而提高了经济性。

4、总结

        无功功率补偿的原则是全面规划、合理布局、分层分区补偿和就地平衡。一般电容器设置在变电所中，通过电容器补偿可以减小计算负荷的视在功率，从而减小的电网络规格，若无功功率可以就地平衡，会减少了电路中无功功率的流动，从而降低了电路中电压损失、功率损失和电能损失等。

（来源： 读者投稿，转载请获取授权）

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