提高功率因数的意义和方法

贾继龙

贾继龙

（龙煤七台河分公司新建煤矿，黑龙江七台河154600）

摘要：提高功率因数，对煤矿企业可减少能源的浪费，降低吨煤成本，对煤矿企业的节资降成具有特别重要的意义。文章对提高功率因数的重要意义，改善功率因数的方法进行了分析。同时对高压集中补偿、低压成组补偿、低压分散补偿进行了全面的论述。

关键词：功率因数；功率损耗；补偿；电容器

1提高功率因数的方法

功率因数是交流电路的有功功率P与视在功率S之比，即COSφ=P/S。

从上式可见，有功功率为定值时，减少无功功率就能提高功率因数。在极端情况下，?准为零时，COS?准=1。可见，提高功率因数的实质，就是减少用电设备的无功功率需求量。就整个电力系统来讲，减少用户的无功功率的需求量，具有十分重要意义。

2提高功率因数的重要意义

2．1增加设备的供电能力和利用程度。提高功率因数能增加电力系统主要组成部分的发电机、变压器和网络的供电能力。这是因为供电设备的供电能力是以视在功率来表示的。当无功功率减少，对同一个设备来讲它所供应或传递的有功功率就增加了，充分发挥了设备的潜力，提高了电力系统的供电能力。发电机、变压器供电设备都有一定的额定容量，其值为Se=UeIe。在电路中，如果所接的感性负载越多，电路功率因数就越低，供电设备输出的有功功率P=UeIeCOS就越小。如1台变压器额定容量100kVA，当电路功率因数COS?准=0.5时，变压器输出有功功率p=0．5se=50kW，只能接10kW电动机5台，当电动机功率因数提高到COS?准=0．9时，输出有功功率P=0．9Se=90kW，能带10kW电动机9台。可见提高功率因数，可提高供电设备的利用程度。在同样的额定容量下，可以在多接一些负载。

2．2减少线路的功率损耗。供电线路的有功功率损耗，是由于电流通过线路电阻时发热所产生的。三相供电线路的最大有功功率损耗可按下式求出：（1）

当线路的额定电压Ue和输送的有功功率户保持恒定时，上式可改成下面表现形式：（2）

可见，在其它因素相同的情况下，线路的损失与功率因数的平方成正比，即用户负载功率因数越低，供电线路的功率损耗越大，这样即浪费能源又增大电费成本。如当用户功率因数由0．7提高到时，则线路的功率损失可减少50％，从0．7提高到0．95时，可减少到46％，效果非常明显。

2．3减少网路电压损失，提高供电质量。从功率可见，当网路电压和输送功率一时，功率因数越低，通过网路的电流越大。该电流通过网路阻抗时，所产生的电压降也越大。可见，提高用户功率因数，可使供电线路的电压损失减小，从而改善了供电系统的运行水平及用户的供电质量。

3功率因数的改善方法

3．1提高用电设备的自然功率因数。凡未装入补偿装置设备的功率因数，称自然功率因数。自然功率因数的高低取决于负荷性质。对于电阻性负荷较多的用电企业，自然功率因数较高；对于煤矿企业电感性负荷较多用电企业，自然功率因数较低，所以有必要来提高功率因数。

采用降低各用电设备所需的无功功率来提高功率因数的方法，称为提高自然功率因数的方法，它不需要增加投资，不添置任何补偿设备，是最经济的提高功率因数的方法，一般采用如下措施：

（1）合理地选择电动机的型号、规格和容量，使其按满载运行。在满足生产条件和环境需求时，选电动机要注意以下几点：容量相同时，选择高速电动机；在容量、转速和构造型式相同时，选择鼠笼式电动机，因它比绕线式电动机功率因数约高4％~5%，不选择容量过大的电动机。（2）消除严重欠载运行的电动机和变压器。对于负荷小于40%额定功率的感应电动机，在能满足起动、工作稳定性等要求条件下，应以小容量电动机更换，此法一般可使功率因数提高20％~25%；或将△绕组改接成Y绕组，从而可提高功率因数和效率。对于变压器，当其平均负荷小于额定容量时，也应更换为小容量变压器或调整负荷。（3）加强维护提高检修质量，保证电动机的电磁特性符合标准。合理调度安排生产流程，限制电器设备空载运行。

3．2人工补偿无功功率。

3．2．1并联电容器法。一般煤矿企业都采用此法，并联电容器法原称移相电容器，用于补偿电力系统感性负荷的无功负载，提高系统的功率因数。

因为使用电容器具有投资少、有功功率损失小、运行维护方便和故障范围小等优点。

求补偿所需电容器的容量，如图1所示，图中?准1和?准2分别为补偿前、后电压和电流的相角差；I1和I2分别是补偿前、后流向负载的电流；Ic为补偿用电容电流；Ia为负载的有功电流。从图中可见，电容电流为：

图1单相甩蹑电容补偿原理

3．2．2同步电动机过激法。由于同步电动机消耗的有功功率取决于电动机轴上所带机械负荷的大小，而消耗的无功功率取决于转子中的励向送出磁电流的大小。在欠激状态时，定子绕组从电网“吸取”感性无功功率；在过激状态时定子绕组向电网“送出”容性无功功率。所以，调节同步电动机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电动机向电网送出无功功率，从而提高全矿功率因数。补偿方式如图2所示：

图2补偿范围示意图

（1）高压集中补偿。煤矿企业多将高压集中补偿装在地面变电所6kV母线上，它只能补偿6kV母线电源侧，而负荷侧的配电线路得不到无功补偿。距变电所较远且负荷较大的井，宜在井口配电所和采区变电所装设部分电容器。由于电容器从电网上切除时有残余电压，其值为最高电网电压的峰值，所以工作人员一旦触及是十分危险的。为了防止人身触及危险电压电容器缅必须装设放电设备，以确保人身安全。（2）低压成组补偿。低压成组补偿是将低压并联电容器装在车间变电所的低压母线上，这种补偿方式能补偿其电源侧所有的高压供电线路和变压器的无功功率。它的补偿范围比高压集中补偿大，比低压分散补偿小并能使变压器容量选的小一些。（3）低压分散补偿。低压分散补偿又称个别补偿，是将低压并联电容器分散装设在各个动力车间或用电设备附近，这种补偿方式能补偿安装部位前的所有高、低压供电线路和变压器的无功功率，分散补偿方式可用在容量较小、分散而多的场合，或容量相当大的设备。对于补偿容量较大的工矿企业，宜采用高压集中补偿和低压分散补偿相结合的方式。因此，矿井主通风机、空气压缩机等不经常启动的大型固定设备，应尽可能采用同步电动机拖动。

4结论

以上提高功率因数的方法取决于电气设备的性质，用什么方法来改善功率因数根据负荷的具体情况来决定，总之无论用什么方法都将给用户带来可观的经济效益。尤其煤矿企业提高功率因数，可减少能源的浪费，降低吨煤成本，对煤矿企业的节资降成具有特别重要意义。