功率因數模板(10篇)

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篇1

Abstract：This paper mainly discuss the produce reason of bad power factor，the harm of bad power factor，the source of harmonic current，the definition and calculate of power factor，the harm of harmonic current to electric net，power factor and higher the power factor’s good results etc.

Key words：power factor；harmonic current；power factor correction

一、不良功率因數的產生原因

開關電源的輸入端通常采用如圖1所示的由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路，220V交流輸入市電整流后直接接電容器濾波，以得到波形較為平滑的直流電壓。

但是由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路是一種非線性元件和儲能元件的組合，雖然交流輸入市電電壓的波形Vi是正弦的，但是整流元件的導通角不足180o，一般只有60°左右，導致輸入交流電流波形嚴重畸變，呈圖1所示的脈沖狀。由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路主要存在如下的問題[1]。

（一）啟動時產生很大的沖擊電流，約為正常工作電流的十幾倍至數十倍。

（二）正常工作時，由于整流二極管的導通角很小，形成一個高幅度的窄脈沖，電流波峰因數（CF）高、電流總諧波失真（THD）通常超過100%，同時引起電網電壓波形的畸變。

（三）功率因數（PF）低，一般在0.5～0.6左右。

脈沖狀的輸入電流含有大量的諧波成份，但是交流輸入電流中只有基波電流才做功，其余各次諧波成份不做功，即各次諧波成份的平均功率為零，但是大量的諧波電流成份會使電路的諧波噪聲增加，需在整流電路的輸入端增加濾波器，濾波器即貴、體積和重量又大。同時大量諧波電流成份倒流入電網，會造成電網的諧波“污染”。一則產生“二次效應”，即諧波電流流過線路阻抗造成諧波電壓降，諧波電壓降反過來又會使電網電壓波形（原來是正弦波）發生畸變，二則會造成輸入電流有效值加大，使線路和變壓器過熱，同時諧波電流還會引起電網LC諧振，或高次諧波電流流過電網的高壓電容，使之過電流而發生爆炸。對三相交流供電，由于大量的諧波電流成份還會使中線電位偏移，中線電流過電流而發生故障等。感性負載或容性負載都會使交流輸入電壓、電流產生附加相移，使線路功率因數降低，電能利用率降低；非電阻性負載還會產生嚴重的諧波失真，對電網造成干擾。

雖然輸入的電壓波形為正弦波，但是輸入的電流波形為非正弦波，呈現脈沖狀，其電流脈沖的持續時間只有交流輸入電流周期的10%～20%。

由于在由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路中電流的升降速度比輸入電壓的升降速度快，并且輸入電流的不連續性，所以產生了一系列如圖2所示的奇次諧波[3]，導致供電線路功率因數降低至0.6～0.7左右，所以線路不良功率因數主要來源于輸入電流波形的畸變。

從圖2可以看出，偶次諧波電流成份的幅度很小，這是由于正弦波的正負半波對稱，偶次諧波電流成份幾乎被抵消了，只剩下了奇次諧波電流成份的原因。在圖2中假定基波電流成份的幅度為100%，其它諧波電流成份的幅度被表示成了它占基波電流成份的百分比數。

二、功率因數PF的定義

功率因數PF的定義如公式（1）所示。

（1）

三、理想正弦波的討論

在這種情況下假定輸入的電流和電壓波形均為正弦波形，對輸入電流和電壓波形的相位移定義為，這可以用矢量圖3表示[1]。

對正弦交流輸入市電，交流輸入電流無波形失真時電路的功率因數可以用公式（2）表示。

（2）

四、非理想正弦電流波形

假定輸入交流市電電壓波形為理想正弦波，有效值可以用公式（3）表示。

（3）

如果輸入電流為非正弦的周期電流波，通過傅立葉級數變換有公式（4）成立。

（4）

式中I0為直流電流成分，I1RMS為基波電流有效值成分，I2RMS-InRMS為2～n次正弦諧波電流有效值成分，對正弦交流電而言，I0=0，而基波電流I1RMS由不同相位的I1RMSP和90°相位差的基波電流成份I1RMSQ構成。所以，交流總輸入電流的有效值可以利用公式（5）表示。

（5）

有功功率可以用公式（6）表示。

（6）

由于表示交流輸入電壓與交流輸入基波電流之間的相位移，即：

有公式（7）成立。

（7）

這樣有公式（8）和公式（9）成立。

（8）

（9）

功率因數可以利用公式（10）表示。

（10）

可以利用系數k表示，有公式（11）成立。

（11）

k表示諧波電流波形失真因數，系數k是一個和電流諧波成份有關的系數，如果交流輸入電流2次以上的諧波電流成份為0，有系數k=1。如果諧波電流波形失真用一個相位角θ有關的參數表示表示，有公式（12）成立。

（12）

這樣，功率因數PF和幾波電壓和基波電流相位移角、諧波電流波形失真等有關功率成份之間的關系可以利用圖4表示。

在圖4中，表示基波電流和電壓之間的相位差，θ表示和諧波電流有關的失真角，無功功率Q和失真功率D均會使輸入同樣有功功率的情況下輸入更大的交流電流有效值，從而產生額外的功耗，降低供電回路的供電效率。可見，可以通過以下途徑提高電路的功率因數PF。

（一）01降低I1RMS和V之間的相位移；

（二）θ01降低交流輸入電流IRMS總的諧波電流成份。

五、諧波電流的主要來源

通過分析發現產生諧波電流的主要來源有以下幾種[2]。

（一）開關電源；

（二）調光裝置；

（三）電流調節裝置；

（四）頻率變換器；

（五）脈沖寬度調制的電源變換器；

（六）低功率燈；

（七）電弧爐；

（八）電焊機；

（九）由于磁芯飽和而導致不規則磁化電流的感應電動機；

（十）由于開關裝置與/或具有非線性V/I特性的負載等。

六、諧波電流對電網的危害

脈沖狀的交流輸入電流波形中含有大量的諧波電流成分，大量的諧波電流倒流入電網會對電網造成“污染”，供電電網中的諧波電流會對電網產生以下不利影響。

（一）諧波電流的“二次效應”，即諧波電流流過線路阻抗而造成的諧波電壓降反過來會使電網電壓波形（原來是正弦波）發生畸變。

（二）過大的諧波電流會引起供電線路故障，從而損壞用電設備。例如過大的諧波電流會使線路和配電設備過熱，諧波電流還會引起電網LC諧振，或高次諧波電流流過電網的高壓電容，使之過電流、過熱而導致電容器損壞。

（三）在三相四線制電路中，三次諧波在中線中的電流同相位，導致合成中線電流很大，有可能超過相線電流，中線又無保護裝置，使中線因過電流而導致中線過熱引起火災，并損壞電氣設備。

（四）諧波電流對自身及同一系統中的其他電子設備會產生惡劣的影響，例如會引起電子設備的誤動作和電子設備的故障等。

由于目前開關電源得到了廣泛的應用，由此產生的輸入電流高次諧波成分的問題不容忽視，因此功率因數校正技術的應用顯得十分迫切。

七、功率因數校正的常用方法

常用功率因數校正電路按工作原理劃分主要有以下2類。

（一）無源功率因數校正電路

無源功率因數校正電路利用電感和電容等元器件組成濾波器，將輸入電流波形進行相移和整形，采用這種方法可使功率因數（PF）達0.9以上。優點是電路簡單，適用于小功率應用場合。缺點是在某頻率點可能產生諧振而損壞用電設備。

（二）有源功率因數校正電路

有源功率因數校正電路的基本工作原理是利用控制電路強迫輸入交流電流波形跟蹤輸入交流電壓波形而實現交流輸入電流正弦化，并與交流輸入電壓同步。其中關鍵電路是乘法器和除法器，有源功率因數校正電路的特點是：

1.功率因數高，PF可達0.99以上；

2.總諧波失真低，THD

3.交流輸入電壓范圍寬，交流輸入電壓范圍可達90～270VAC；

4.輸出電壓穩定；

5.所需磁元件小。

有源功率因數校正電路的缺點是電路比較復雜，由于有源功率因數校正電路的引入，降低了電路的總體工作效率，并且電磁輻射干擾（EMI）較大。

八、提高電源功率因數的意義

（一）用戶和供電部門都會從高功率因數中獲益

例如，功率因數為1的220V標準交流市電供電，在降低至最低85V時需為負載提供15A的有功供電電流，當電路的功率因數降低至0.6時只能為負載提供9A的有功供電電流。例如，同樣一個壁式電源插座，功率因數為1時可為4臺功率為280W的電器設備供電，當功率因數為0.6時僅可以為2臺功率為280W的電器設備供電。功率因數低意味在為負載提供同等功率的情況下要提供更大的電流，因而供電線路的損耗要加大，并且供電線路導線的線徑也要加大，使供電線路的供電效率降低，而需多提供的功率和諧波電流成份有關。同時由于交流輸入電流的波形失真而引入的諧波電流還會致使交流市電過零檢測電路不能正常工作，在零線產生過電流和過電壓。

目前在歐盟和美國已對電器設備的功率因數這個技術指標提出了嚴格要求，規定在歐盟銷售的功率大于75W的電器設備，要求它們的功率因數技術指標應滿足歐洲技術標準EN61000-3-2（IEC61000-3-2）的要求，否則不能進入歐洲市場，同樣在美國也做出了類似的技術要求。在EN61000-3-2

（IEC61000-3-2）中對用電設備的供電輸入高至39次的諧波電流幅度做出了限制要求，所以，今后的電子產品如不能滿足有關功率因數技術指標要求則不能進入國際市場[2]。

（二）下游變換器的元器件成本降低

在同等輸出功率的情況下如果采用了PFC電路，對下游變換器的功率開關管的技術要求也要低些，例如對下游變換器功率開關管的導通電阻的要求就可以低些。同時，采用PFC電路后下游變換器的功率變壓器的體積可以小些，導線線徑也可以小些，采用有源PFC電路后由于穩壓范圍寬（85VAC～265VAC），所以也可以省掉110/220VAC的電源選擇開關，也可以在不加大濾波電容器容量的情況下提高供電電路的保持時間。

（三）有源功率因數校正電路對電網的影響

當然功率因數校正電路會產生一些對電網的高頻諧波干擾，對這些高頻諧波干擾需設計專門的EMI和RFI濾波器（如圖5所示）加以濾除[4]，圖5表示采用了有源功率因數校正和沒有采用功率因數的電路對比，實用中需根據具體技術要求選用PFC電路結構和相應的工作模式。

九、結論

由于對電網供電質量要求越來越高，在設計開關電源時需考慮IEC 555-2和IEC61000-3-2標準的有關技術要求，采用功率因數校正技術的開關電源可以很好的改善開關電源的技術性能，同時采用有源功率因數校正后，開關電源的供電直流電壓更為穩定，還可以省掉110/220VAC交流輸入市電電壓選擇開關。

參考文獻

[1]L.Wuidart.Application note understanding power factor[Z].AN824/1003,2003,.

[2]路秋生.功率因數校正技術與應用[M].機械工業出版社,ISBN7-111-18381-9,2006,02:1-10.

[3]AND8147/D An Innovation Approach to Achieving Single Stage APFC and Step-down Conversion for Distributive Systems On Semiconductor.

[4]AND8124/D 90W,Universal Input,Single Stage,APFC Converter On Semiconductor.

篇2

功率因數的計算公式為cosφ＝P/S。

對于公式cosφ＝P/S，其中cosφ表示功率因數，P為有機功率，S為視在功率。

即功率因數在數值上等于有功功率和視在功率的比值。

功率因數表示總功率中有功功率所占的比例，那么cosφ≤1。即在任何情況下有機功率都不大于視在功率。

（來源：文章屋網 ）

篇3

1、變壓器功率因數：指變壓器二次側有功功率一次側的視在功率，不是電壓效率而是變壓器的傳輸效率，即變壓器的有功損耗，無功損耗視在功率之間的關系。

2、在配電系統中，系統的功率因素，在理想的情況下，主要決定于負載特性。在沒有任何補償的情況下，如果負載是純電阻，那么系統的功率因素就是如果是純電感，那么功率因素就為0。與變壓器本身的特性無關。

3、在實際情況中，負載往往具有電阻，電感，電容的混合特性。所以存在大于0，小于1的功率因素值。

（來源：文章屋網 ）

篇4

功率因數是指電力網中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分數。在電力網的運行中，我們所希望的是功率因數越大越好，如能做到這一點，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的消耗。用戶功率因數的高低，對于電力系統發、供、用電設備的充分利用，有著顯著的影響。適當提高用戶的功率因數，不但可以充分地發揮發、供電設備的生產能力、減少線路損失、改善電壓質量，而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節約電能。因此，對于全國廣大供電企業、特別是對現階段全國性的一些改造后的農村電網來說，若能有效地搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網補償的壓力，改善提高用戶功率因數，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費。其社會效益及經濟效益都會是非常顯著的。

一、影響功率因數的主要因素

首先我們來了解功率因數產生的主要原因。功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P有一定時，如減少無功功率P無，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當P無=0時，則其功率因素=1。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。影響功率因素主要是下面幾個方面。

（一）異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成的。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長其處于低負載運行狀態。

（二）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

（三）電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

我們知道了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

二、低壓網無功補償的一般方法

低壓無功補償我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。

1.隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補償磁無功為主，此種方式可較好地限制農網無功峰荷。

隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等特點。

2.隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農網無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加，不利于電費的同網同價。

隨器補償的優點是：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。

3.跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優點是：運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

三、采取適當措施，設法提高系統自然功率因數

提高自然功率因數是在不添置任何補償設備，采用降低各用電設備所需的無功功率減少負載取用無功來提高工礦企業功率因數的方法，它不需要增加投資，是最經濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施作一些簡要的介紹。

1.合理使用電動機（下轉第122頁）

（上接第199頁）

合理選用電動機的型號、規格和容量，使其接近滿載運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械性能，又要考慮它們的電器指標。若電動機長期處于低負載下運行，既增大功率損耗，又使功率因數和效率都顯著惡化。故從節約電能和提高功率因數的觀點出發，必須正確地合理地選擇電動機的容量。

2.提高異步電動機的檢修質量

實驗表明，異步電動機定子繞組匝數變動和電動機定、轉子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的影響。

3.采用同步電動機或異步電動機同步運行提高功率因數

由電機原理知道，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠激狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過激狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，只要調節電機的勵磁電流，使其處于過激狀態，就可以使同步電機向電網“送出”無功功率，減少電網輸送給工礦企業的無功功率，從而提高了工礦企業的功率因數。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態，即能向電網輸出無功，從而達到提高低壓網功率因數的目的。

4.合理選擇配變容量，改善配變的運行方式

對負載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網的自然功率因數。

通過以上一些提高加權平均功率因數和自然功率因數的敘述，或許我們已經對“功率因數”這個簡單的電力術語有了更深的了解和認識。

篇5

中圖分類號：TK315文獻標識碼： A

在100KVA及以上專變用戶的電費計算中，功率因數調整電費發揮著價格經濟杠桿的作用。在功率因數高于標準值時，客戶可以從電力企業所減收的電費中得到經濟補償，逐步回收所付出的投資，并獲得降低電費開支的經濟效益。與此相反，若客戶不裝或少裝無功補償設備，造成功率因數低于標準值，就要多付出電費，用以補償多用的無功功率由此而增加的開支。

1什么是功率因數

   所謂功率因數，是指任意二端網絡（與外界有二個接點的電路）兩端電壓U與其中電流I之間的位相差Φ的余弦cosΦ 。在二端網絡中消耗的功率是指平均功率，也稱為有功功率。

2功率因數調整電費的含義及適用范圍

2.1什么是功率因數調整電費

為了提高用戶的功率因數并保持其均衡,以提高供用電雙方和社會的經濟效益,依據水利電力部、國家物價局(1983)水電財字第215 號文和華北電管局(1983)華北電供用字第53號文,特制定功率因數調整電費管理辦法。在客戶功率因數高于標準值時，減收客戶月電費；反之則加收。簡單地說，功率因數調整電費是鼓勵用戶改善功率因數、提高電壓質量、促進節約電能的電價政策。

2.2如何計算功率因數調整電費

2.2.1計算公式

功率因數調整電費＝（當月基本電費+當月電度電費）*功率因數調整電費增減率（公式2）

2.2.2功率因數的標準值及其適用范圍功率因數標準0.90,適用于160千伏安以上的高壓供電工業用戶(包括社隊工業用戶),裝有帶負荷調整電壓裝置的高壓供電電力用戶和3200千伏安及以上的高壓供電電力排灌站。功率因數標準0.85,適用于100千伏安(千瓦)及以上的其它工業用戶(包括社隊工業用戶),100千伏安(千瓦)及以上 的非工業用戶,100千伏安(千瓦)及以上的商業用戶和100千伏安(千瓦)及以上的電力排灌站。 功率因數標準0.80,適用于100千伏安(千瓦)及以上的農業用戶和躉售用戶,但大工業用戶未劃由電業局直接管理的躉售用戶,功率因數標準應為0.85。 居民生活用電和網內互供電不實行功率因數調整電費辦法。

對不需裝電容器,用電功率因數就能達到標準值的用戶,或離電源點較近、電壓質量較好、勿需進一步提高用電功率因 數的用戶,可以降低功率因數標準值或不實行功率因數調整電費辦法。降低功率因數標準的用戶的實際功率因數,高于降低后的 功率因數標準時,不減收電費,但低于降低后的功率因數標準時, 應增收電費,即只罰不獎

對于實行功率因數調整電費的客戶，照明表與總表串接，則照明電量參加計算功率因數，照明電費參加功率因數調整電費計算；若照明表與總表并接，則照明電量不參加計算功率因數，照明電費不參加功率因數調整電費計算。

凡裝有無功補償設備且有可能向電網倒送無功電量的客戶,應隨其負荷和電壓變動及時投入或切除部分無功補償設備, 電業部門并應在計費計量點加裝帶有防倒裝置的反向無功電度表,按倒送的無功電量與實用的無功電量兩者的絕對值之和,計算月平均功率因數。

3用電客戶如何提高功率因數，避免加收功率因數調整電費

提高功率因數得方法主要有以下兩種：

3.1提高自然功率因數

提高自然功率因數的方法有：1、合理選擇異步電機；2、避免電力變壓器輕載運行；3、合理安排和調整工藝流程，改善機電設備的運行狀況；4、在生產工藝條件允許的情況下，采用同步電動機代替異步電動機；5、提高設備得負荷率（避免大馬拉小車和空載運行）。

3.2采用人工補償無功功率。裝用無功功率補償設備進行人工補償，電力用戶常用的無功功率補償設備是電力電容器

無功補償的基本原理是：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

電容器安裝容量的選擇，可根據使用目的的不同，按改善功率因數，提高運行電壓和降低線路損失等因素來確定。

例如：張家港市某鋼結構加工廠接有一臺315KVA的變壓器，功率因數執行標準應為0.90，在上述工廠的抄表過程中，發現該戶長期無功補償不足，因而每次帶給他們的電費發票上，顯示的力調電費一直在0.60左右，明顯偏低，導致每月功率因數調整電費要增加該戶實際功率因數低于標準值， 2010年5月份為0.53，2010年6月份為0.60，2010年8月份為0.67。2010年9月，用電檢查員到該戶了解其生產狀況，勘查客戶計量裝置情況，發現他們公司大量使用電焊機、電動機等感性設備，自然功率因數較低，加上無功補償柜內電容器、熔絲等設備損壞，均已退出運行，導致功率因數一直達不到標準，功率因數表無顯示。我們仔細詢問客戶的用電情況以及電工對無功補償的管理情況，得知該企業的用電無人管理。隨即我們對該企業無功補償問題給予技術上支持，已經查出問題原因，就如何選擇電容器的補償方法和計算補償的容量，提出了指導性意見，同時建議該企業招聘一名有資質的電工。該企業于10月份采納了我們的建議，按照要求適當增補電容器容量進行無功補償， 現場功率因數表顯示值為0.96，下月起功率因數調整電費將由罰變獎。此次投資該戶雖耗資約1.8萬元，但全年可減少電費支出7.6萬元。

4結束語

總之對于用戶來說，明明白白繳費是最基本的權力。對于供電部門如何做到讓客戶用上放心電、明白電，也是我們供電員工最基本的義務。幫助客戶提高功率因數，提高了發、供、用電各項設備的利用率，節約電能和改善電壓質量有著重要影響。提高客戶的功率因數并保持其均衡，最終是提高了供用電雙方的社會的經濟效益，真正實現了供電企業與客戶的雙贏。

篇6

一、變電所無功補償概況

崇明廠區變電所最早建造從2003年就開始了，電容柜都是從變電所投產就開始同步運行，而且是每天24小時不間斷的，受制于電容器的使用壽命比斷路器等產品短很多，經過十幾年的時間，沒徹底更換過的電容器柜問題頻出，這就增加了運行維護的難度。

電力公司對我單位電能收費是根據進線線路分別進行的：崇明元件廠生活區一路，崇明生產區域兩路，其中主體生產用電集中在崇明生產區域，所以我們本文就以崇明生產區域的兩路35KV線路電費情況為調查對象來具體分析。

二、不同等級電壓上的補償

補償在高、低壓兩個電壓等級上，我們具體分析也圍繞這兩個大的方向來進行，

（一）10KV高壓側補償。在這個電壓等級上，堡船207和堡船217都分別有一組高壓電容器組，型號TBB2-10-1800/100BL，額定電流94.5A，補償容量為1800KVA。高壓電容器組采用人工操作的方式，早上，用電進入高峰期時人工合閘，晚上負荷降下來后人工分斷，只能整組的投入或者退出。在高壓側，投入及退出時間點上能把控，容量投入的多少是無法改變的。

（二）低壓側電容補償。根據生產的需要，我們對負荷相對集中處都設立了變電所，根據負荷的多少，在變電所內部都進行了功率因數的補償。生產現場的變電所有24個，其中帶低壓電容補償的變電所有21個，每個變電所電容補償的容量及完好程度有所區別。一部分電容柜因為線路元器件老化、電容本身破損等原因，考慮到安全因素，沒有投入運行，這就有了提升的空間，特別是針對負荷比較大的5.3萬車間、造船碼頭1#及2#變電所、船臺、涂裝一期及二期等變電所等。

提升功率因數對于總電流的下降有一定影響，就相當于增加了變壓器的有功輸出，對用電負荷較大變電所容量能進一步改善。

三、功率因數低原因分析

通過平時工作中觀察以及現場查看，細致周到分析了功率因數低的原因，見圖1。

針對功率因數偏低的情況，根據平時維修及行業經驗進行系統的分析，因為高壓系統和低壓系統電容器在投用、自動化運行、切除等方面完全不同，后續的分析也是分兩部分分別進行。

四、效益分析

（一）減少線路損耗。特別是對于負荷較大的區域，一直以來低壓側電流特別大，功率因數提高了，無功電流就減少，更利于有功電能的輸送，也相當于提升變壓器有功使用容量，更好的為生產現場提供電能。

（二）電力公司給予我公司獎勵。功率因數提高后，可以得到

電力公司用電獎勵。我廠電費是按照：0.90標準電費調整（%）來計算的，由之前統計的兩路數據可以看出功率因數攻關前后的變化 。當功率因數提高后，并做好保持工作，我廠堡船207和堡船217在電力公司拿到的獎勵還是比較可觀的。

五、固措施

篇7

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0180-03

當電能沿供電系統中的導線輸送時，既有有功也有無功存在，在長距離輸電線路中，線路越長無功損耗越不能忽略，特別是負荷較小、線路較長時，線路呈現容性，較大的無功對功率因數的影響就凸顯出來。本文結合實際從線路長度、電量情況對功率因數的影響進行了分析，并查找原因，研究降低線路容性無功、提高用戶功率因數的措施。

1 功率因數與自然功率的研究

1.1 功率因數

功率因數是衡量供電系統電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個重要電氣參數，是有功功率和視在功率的比值，表示用電設備（供電設備、配電設備，等等，均看作廣義用電設備）的用電效率。

功率因數的大小與電路的負荷性質有關，電阻負荷的功率因數為1，一般具有電感或電容性負載的電路功率因數都小于1。功率因數是電力系統的一個重要的技術數據，是反映電氣設備效率高低的一個系數。功率因數低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大， 從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。

功率因數的三種計算方法：

（1）瞬時功率因數：是針對某一時刻的功率因數；按下式計算：

（2）平均功率因數：指某一規定時間內功率因數的平均值，亦稱加權平均功率因數，由消耗的有功電能及無功電能得出的，按下式計算：

供電企業每月向用戶計收電費，平均功率因數低于規定標準時，要增收一定比例的電費；而高于規定標準時，可適當減收一定比例的電費，標準按《供電營業規則》的規定執行。比如實際運行中供電公司對神華準池鐵路的4個牽引變電站功率因數調整電費的考核標準為0.9，當平均功率因數低于0.9時，供電公司對準池公司要增收一定比例的電費，即接受不同程度的罰款，對鐵路的運行成本有非常大的影響，準池鐵路有3個變電站供電公司的計量在其出口變電站，功率因數考核也以此為準。

（3）最大荷時的功率因數：指在年最大負荷時的功率因數，按cosφ=P/S計算。

《供電營業規則》規定“除電網有特殊要求的用戶外，用戶在當地供電企業規定的電網高峰負荷時的功率因數，應達到下列規定：100千伏安及以上高壓供電的用戶功率因數為0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業，功率因數為0.85以上。農業用電，功率因數為0.80。”

1.2 自然功率

通電中的高壓輸電線路既能產生無功功率（由于分布電容）又消耗無功功率（由于串聯阻抗），當線路輸送有功功率達到某個值的時候，此時線路消耗和產生的無功正好平衡，此時輸送的功率就稱為自然功率。

當線路輸送自然功率時，由于線路對地電容產生的無功與線路電抗消耗的無功相等，因此送電端和受電端的功率因數一致；在高壓輸電時，當輸送功率低于自然功率時，由于充電功率大于線路消耗無功，即感性無功小于容性無功，必然導致線路末端電壓升高；相反，當線路輸送功率大于自然功率，由于無功不足，需要額外的無功補償，在沒有無功補償的情況下，線路電壓末端就會下降。所以，線路在輸送自然功率的時候，經濟性最好、最合理。

2 功率因數低對電網和用戶的危害

2.1 增加了供電線路的功率損失，降低輸電效率

在電力系統中，當電源U是負載端電壓的有效值時，負載吸收的有功功率為P=UIcosφ，則負載上的電流I=P/（Ucosφ），由此可以看出在傳輸同樣有功功率時，如果負載cosφ較低，則線路中的電流I會增大；而輸電線路的損耗為P1=I2R，即電流I增大引起線路損耗增大，所以降低了輸電效率。因此當U和P不變時，提高功率因數cosφ會降低輸電線上的損耗，減少系統的運行成本。

2.2 增加供電線路的電壓損失，造成電壓波動，影響供電質量

前面已經說過功率因數越低，線路上的電流I越大，正比于系統中流過電流的電壓損失增加，使線路電壓降低。若電壓損失過大，電網末端就會長期處于低電壓運行狀態，引起變壓器過負荷、電動機過熱、日光燈不能啟動、電燈昏暗等后果，從而影響電壓質量，對生產和生活造成很大的影響。

2.3 降低發、供、用電設備的有效利用率

由功率因數表達式cosΦ=P/可知，在輸出的功率一定的情況下，功率因數低，無功功率大，有功輸出也降低，有用的功減少了，發、供、用電設備的有效利用率就降低了。

2.4 增加了供電企業和用戶電力設備的投資成本

對于電力企業而言，功率因數較低時，線路中的電流增大，線路損耗增大，為盡量減小輸電線路上的功率損耗，往往增加導線截面積，同時由于總電流增加，使得供電系統中的測量儀表等規格尺寸增大，因此加大了投資。

對于用戶而言，由功率因數表達式可以看出，有功功率P一定時，功率因數低，無功功率增加，導致視在功率S增加，為滿足有功負荷用電需要，增加了所需變壓器的容量，增加了用戶投資和損耗。

比如一臺額定電壓10kV的變壓器，額定電流是46A，當變壓器在功率因數等于0.7時可帶有功負荷：

P=cosΦ

=1.732*10*46*0.7

=557.7KW

當功率因數由0.7提高到0.9時變壓器可帶的有功負荷由上面的公式計算得717KW。

可見，功率因數高，同等需用變壓器容量所帶的有功負荷就大，節約了用戶投資。

2.5 功率因數低于標準用戶增加調整電費支出

前面提到用戶的平均功率因數將依據《供電營業規則》實行功率因數調整電費，達不到規定標準時，則需要多收電費，而高于規定標準，可相應地減少電費。

3 影響功率因數的因素

（1）對于用戶來說大量的電感性設備，如異步電動機、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。有關的統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。

（2）變壓器運行不合理是功率因數降低的重要原因。變壓器的空載無功功率占無功功率的80%左右，變壓器消耗無功的主要成份就是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。

（3）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右，當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使功率因數有所提高，但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作，因此，應當采取必要措施使供電電壓盡可能保持穩定。

（4）輸電線路無功對系統功率因數也有非常大的影響。由于各類因素的存在，用戶的負荷是不固定的，特別是像牽引電氣化鐵路這樣的負荷波動更大。

110KV線路感性無功功率為：Ql=I2XlL

110KV線路容性無功功率為：Qc=U2B=U2ClωL

由上面的式子可以看出，感性無功與負荷大小有直接關系，而容性無功與負荷大小關系不大，只是由線路的長度和電壓確定，趨于一個穩定的數值。

在實際的輸電線路中感性無功與容性無功功率相比，數值很小，而線路容性無功負荷對功率因數起到了至關重要的作用。以準池鐵路2017年2月份和3月份統計的高家堡變電所各項數據為例進行分析，具體計量電度如下表1所示。

高家堡變電所110KV電源線有兩條，分別是向高線，長度27.49公里；玉高線，長度10.37公里。2017年2月份向高線帶高家堡變電所，玉高線帶電熱備用，在上游變電站計量到的無功功率為：向高線1168200Kvar，玉高線920700Kvar，合計2088900Kvar，力率調整電費罰款3萬元。

2017年3月份玉高線帶高家堡溝變電所，向高線帶電熱備用，在上游變電站計量到的無功功率為：向高線1023000Kvar，玉高線491700Kvar，合計1514700Kvar，力率調整電費獎勵0.4萬元。

變電站一主一備的兩條電源線，熱備用一般都是電送到用戶變電站入口隔離開關的電源側，因此對于變電所內集中動態無功補償來說，對熱備用線路的補償無能為力。通過上兩表可以看出，上下游統計的有功功率變化不大，而無功功率相差非常大。因上游變電站計算功率因數時，有功功率、無功功率均是兩條電源線的和，由上表可以看出向高線（長線路）帶負荷時上游變電站整體功率因數比玉高線（短線路）帶負荷時高，因下游變電站及所帶負荷的感性設備可以消耗掉一部分線路容性無功，即設備負荷大于容性無功負荷，力率調整電費罰款才會有所下降。

4 提高功率因數的方法及措施

提高功率因數的方法主要有兩種：一是提高自然功率因數，減少用電設備對無功的需要，二是采用人工無功補償，在用電設備處或線路上安裝能夠提供無功電力的設備，使無功功率就地得到補償，以減少線路中的無功輸送。

4.1 提高自然功率因數

（1）合理選則和使用電動機。應保證電動機在75%以上的負荷狀態下運行，盡量減小備用容量。

（2）合理配置、使用變壓器，恰當地選擇其容量。低損耗的變壓器最佳負載率為50%，運行中要均衡變壓器負荷，及時切除空載變壓器，減少變壓器的空載損失，使其負載率提高到最佳值。

（3）改變電動機接線降壓運行。

4.2 加裝并聯電容器進行用戶的無功功率就地補償

（1）供電系統的用戶端由于有大量的感應電動機、變壓器、電焊機等感應負載，特別是大功率電力電子拖動設備的應用，使得功率因數降低。把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，當容性負荷釋放能量時，感性負荷吸收能量；而當感性負荷釋放能量時，容性負荷卻在吸收能量，能量在兩種負荷之間互相交換。這樣，感性負荷所吸收的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償。

（2）電容器補償的一般原則和補償方法。無功電力應就地平衡，按照電壓等級進行逐級補償。對于用電負荷比較集中而補償容量較大的用戶，可以采用高、低壓混合補償的方式進行補償。對于容量較大，負荷平穩且經常使用的用電設備的無功功率，單獨就地補償。補償基本無功的電容器組宜在變配電所內集中補償。目前，普遍采用可控硅動態無功補償裝置，根據用戶端的無功是過補償還是欠補償，由可控硅調節勵磁電抗器的感性負荷投入和退出的比例，從而使功率因數保持在要求的水平上。

4.3 采用同步調相機

同步調相機實際上就是一個大容量的空載運行的同步電動機，在過勵磁時，它相當一個無功發電機。由于同步調相機投資高，有功功率損耗大（比電容器大5～10倍），運行、維護管理都較復雜，工礦企業很少采用。

4.4 降低線路容性無功對功率因數的影響

（1）在線路中并聯電抗器進行無功補償。當線路空載且長距離敷設時，在架空地線分布電容的影響下，線路電抗呈現容性，采用全電纜敷設的線路尤為嚴重。從本文第3節第4條的分析可以看出，線路的無功功率對系統的整體功率因數影響巨大。因此，常采用在長距離輸電線路或電纜線路上并聯安裝電抗器進行無功補償。在實際應用中，因為電壓等級越高，成本越高，維護難度越大，因此我們經常能看到10KV線路安裝電抗器的較多，而110KV以上線路較少。

（2）降低電壓運行。因為容性無功與電壓的平方成正比。有條件的情況下，若能使電壓降在允許范圍內，則可以采用降壓運行方式。

（3）改變供電方式。從分析可以看出，輸電線路越長容性無功越大，因此在實際的運行中，對于有兩條電源線的用戶來說，盡量使用長的線路帶負荷運行，這樣用戶的感性無功可以平衡掉一部分線路產生的容性無功，從而使功率因數有所提高。

（4）合理調整利用廠內無功補償設備，無功補償裝置就地補償，補償數值綜合考慮用戶端廠內設備和供電端輸電線路損耗的影響。

（5）由于電力電纜的相間距離更小，因此電纜線路的電容比架空線路大的多，在設計時根據變電站的位置，應盡量減少輸電線路及電纜的長度，避免傳送更多的容性無功功率。

5 結語

本文通過對供電系統的功率損耗的介紹，自然功率和功率因數研究，影響功率因數因素的分析，提出提高功率因數的方法和措施。研究中以實際用戶運行數據為依據，通過對不同時期上下游變電站統計的有功功率、無功功率及功率因數進行理論數值計算和實際分析，著重闡述了輸電線路的自然功率和容性無功功率與用戶功率因數不可忽視的關系。在實際運行中要保證用電設備始終經濟運行，功率因數達到考核標準，避免不必要的經濟損失，需要在不同的生產狀態下采取相應的措施，以使功率因數達到最優。

對于供電企業與電力用戶來說節能降耗都是有利于企業經濟發展的，將電力損耗控制在合理范圍內，提高功率因數，加強無功功率的管理，是一項雙贏的工作。因此，我們在平時工作中必須加深各類無功補償原因分析和解決措施的理解，不斷深入的研究，采取更加有效的辦法和措施，研究線路無功采取用戶端就地高壓補償的方法，達到不但能補償下游變電站本身產生的感性無功，也能補償線路產生的容性無功的目的。通過對系統進行綜合分析，加強過補償和欠補償的測試，結合提高功率因數的方法確定合理的系統補償方案，從而保證用電設備經濟、安全、可靠的運行。

篇8

1、增加輸電線路的電能損失

當負載的功率因數小于1時，即電流與電壓有相位差時，電流可分為兩個分量，一個是與電壓同相位的有功分量，另一個是與電壓成90o相位差的無功分量。

由于有功能量的傳輸是通過有功電流來實現的；而電源與負載之間交換的能量是由無功電流來實現的，當電壓和有功功率一定時在不同的功率因數cosφ下電流的有功分量是不變的，而無功分量是隨功率因數的變化而變化的，功率因數越低，則能量交換規模越大。

當負載從電源接受的有功功率不變的情況下，輸電線路的負載電流與負載功率因數的大小成反比，在輸電線路線路參數不變的情況下，線路的總阻抗不變，而線路的功率損失又與負載電流的平方成正比，因此，輸電線路上的電能損失也就同負載功率因數的平方成反比，既負載功率因數越小，線路的功率損失越大。

2、使電源設備不能充分利用

發電機、變壓器的額定容量，是根據額定電壓和額定電流設計的。額定電壓和額定電流和乘積。它代表電機的額定容量在數值上等于允許發出的最大平均功率。

當負載的功率因數小于1時，而發電機的電壓和電流又不允許超過額定值，顯然，這時發電機所能發出的有功功率較小，而無功功率則較大。無功功率愈大，電路與電源之間能量交換的規模愈大，發電機不能充分利用。同時，與發電機配套的原動機及變壓器等也不能充分利用。例如，容量為1000kVA的發電機，如果cosφ=1時，能發出1000kW的有功功率，而在cosφ=0.7時，則只能發出700kw的有功功率。

3、使線路電壓降增大，降低電能質量

當功率因數越低，輸電線上輸送的電流就越大，在線路上產生的電壓降也就越大，電能質量降低，滿足不了用戶對電能質量的要求。為了提高電壓，在電力系統中必須裝設調壓設備，如帶電負荷調壓器等。

4、增加用戶的電費支出

從用戶的角度，供用電規則規定，變壓器容量在100kVA及以上的電力用戶將執行功率因數調整電費。用戶的負載功率因數越低，供電部門收取的功率因數調整電費越多，這樣就大大的增加了用戶的電費支出，從而增加了用戶產品的生產成本。

二、影響功率因數的因素分析

由于在交流電氣設備除了阻抗元件之外，還有較多的電感或電容元件。因此在實際工作過程中，除了有功功率之外，電感元件或電容元件將將與電源在不斷的進行周期性的能量交換，電感或電容元件與電路交換的能量規模就是電氣設備的無功功率。影響功率因素的主要因素有：

1、電力變壓器和異步電動機是影響功率因數的主要設備。電力變壓器中由于存在的部分元器件會產生較大的空載功率。異步電動機由于定子和轉子間存在氣隙，是異步電動機需要無功功率的原因所在。因此，為了提高電力企業和用電單位的功率因數，要克服電力變壓器和異步電動機所帶來的影響，盡量使得變壓器和電動機不要處于空載或低負載狀態運行，同時盡量提高電動機的負載率。

2、供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。全國供用電規則明確規定，35千伏及以上高壓輸電線路電壓波動應在其額定電壓的±10%，380伏-10千伏輸電線路電壓波動應在其額定電壓的±7%，用電設備的額定電壓一般都低于10千伏，當供電電壓高于額定值的10%時，會導致磁路進一步飽和，使得無功功率迅速增長。據統計分析，當供電電壓超過額定電壓10%時，用電單位的無功功率會大約增加35%。而當供電電壓低于額定電壓時，無功功率則會下降，同時使得功率因數會得到提高。然而，供電電壓過低會使得電氣設備難以正常工作，因此，應采用一定措施確保電力系統的供電電壓保持穩定，只有這樣，才能盡可能提高功率因數，同時保障電氣設備的正常運行。

3、電網頻率的波動也是影響功率因數的重要原因。頻率波動會影響電網中容性阻抗或感性阻抗的阻值，因此，會對異步電動機和變壓器的無功功率產生影響。因此，我們不僅要使得供電電壓的幅值保持穩定，其頻率也應保持穩定，以確保功率因數的穩定，在確保用電企業安全生產的同時達到節能降耗的目標。

三、低壓網無功補償的方法

一般主要采用隨機補償、隨器補償和跟蹤補償三種方法來實現低壓無功補償。

1、隨機補償。隨機補償是指將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制農網無功峰荷。

2、隨器補償。隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農網無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加，不利于電費的同網同價。

3、跟蹤補償。跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

四、功率因數的人工補償

功率因數是確保電網安全安全運行的重要指標，也是反應各項電器設備使用情況和電能利用程度的關鍵參數。電力企業輸電線路到達各類企事業單位后，還應對功率因數進行提高。工廠自身依然還需進行人工補償，以便進一步提高功率因數。對用電設備進行人工補償的方式有：

1、靜電電容器補償。當企業感性負載比較多時，它們從供電系統吸取的無功是滯后（負值）功率，如果用一組電容器和感性負載并聯，電容需要的無功功率是引前（正值）功率，如果電容C選得合適，令QC+QL=0，這時企業已不需向供電系統吸取無功功率，功率因數為1，達到最佳值。

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中圖分類號：TN8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）23-0364-01

一、提高功率因數的意義

改善企業用電的功率因數（即無功功率補償）是企業節約電能的重要課題，因此應給予足夠重視，并采取相應的技術措施以提高功率因數。由于企業采用大量的感應電動機和變壓器等用電設備，通過磁場，變壓器才能改變電壓并且將能量送出去，電動機才能轉動并帶動機械負荷。全國供用電規則還規定了在電網高峰負荷時，用戶的功率因數應達到的標準：高壓供電的工業用戶和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶，功率因數為0.90以上；其他100KVA（KW）及以上電力用戶和大、中型電力排灌站，功率因數為0.85以上；農業用電，功率因數為0.80以上。凡功率因數不能達到上述規定的新用戶，供電部門可拒絕供電。因此對無功功率進行補償，提高企業用電的功率因數具有重要的意義。

提高功率因數對企業和電力系統的好處如下：

（1）提能夠降低生產成本、減少投資、改善設備的利用率

1.1 功率因數可以表示成下述形式

越高，所需視在功率越小。而當有功負荷一定時，若功率因數值越大，可知無功負荷就越小，充分發揮了發、供電設備的生產能力，提高了經濟效益。在發電和輸、配電設備的安裝容量一定時，提高用戶的功率因數相應減少無功功率的供給，則在同樣設備的條件下，電力系統輸出的有功功率可以增加。

（2）減少網絡中的電壓損失，提高供電質量

由于用戶功率因數的提高，使網絡中的電流減小，因此網絡的電壓損失減少，網絡未端用電設備的電壓質量提高。

二、提高功率因數的方法

功率因數等有功功率除以根號下有功功率的平方與無功功率的平方之和。當有功功率一定時，若減少無功功率便可以提高功率因數。交流用電設備、電動機、變壓器等建立磁場需要激磁無功功率，同時還消耗漏磁無功功率。

（一）提高功率因數方法如下：

（1）選氣隙小、磁阻小的電氣設備，如選電動機時，若沒有調速和啟動條件限制，應盡量選擇鼠籠型電動機。

（2）同容量下選擇磁路體積小的電氣設備。如高速開啟式電動機，在同容量下，體積小于低速封閉式和隔爆型電動機。

（3）根據負荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側功率因數不但與負荷的功率因數有關，而且與負荷率有關1若變壓器滿載運行，一次側功率因數僅比二次側降低約3～5%；若變壓器輕載運行，當負荷小于0.6時，一次側功率因數就顯著下降，下降達11～18%，所以電力變壓器的負荷率在0.6以上運行時才較經濟，一般應在60%～70%比較合適，為了充分利用設備和提高功率因數，電力變壓器一般不宜作輕載運行。當電力變壓器負荷率小于30%時，應當更換成容量較小的變壓器。

（二）電氣設備運行合理

（1）正確選用異步電動機的型號與容量。據有關資料介紹，我國中小型異步電動機的用電負荷約占電網總負荷的80%以上，幾個主要電網中，電動機所耗能占整個工業用電量的60%～68%左右，因此做好電動機的降損節能具有十分重要的經濟意義，正確選用異步電動機，使其額定容量與所帶負載相配合，對于改善功率因數是十分重要的。在選型方面，要注意選用節能型，淘汰高能耗的電動機，并依據電機機械工作對啟動力矩、啟動次數、調速等方面的具體要求，選用不同的型號。電動機的效率η與功率因數cosφ是反映電動機經濟運行水平的主要指標，都與負載率β有密切關系。GB/T12497-90 對三相異步電機三個運行區域規定如下：

當β

（2）合理調度安排生產工藝流程，限制電氣設備空載運行。生產時間要躲開高峰時間，降低高峰用電量。

（3）提高維護檢修質量，保證電氣的電磁特性符合標準。

（4）進行技術改造，降低總的無功消耗。

三、人工補償無功功率

企業為了使功率因數達到國家要求的規定值（0.90）以上，一般都采用并聯電容器的方法進行人工補償，電力電容器具有投資省、有功功率損失小、運行維護方便、故障范圍小等優點。

四、綜上所述，提高功率因數必然對國家的能源利用、企業的經濟效益起到促進作用，是保證電力系統電能質量、電壓質量、降低網絡損耗以及安全運行所不可缺少的條件。應根據不同情況采取相應措施來提高功率因數，降低無功損耗，從而提高經濟效益。

參考文獻

篇10

1.功率因數的基本理論

企業中的用電設備，大部分都是用電磁感應原理來進行工作：比如電力變壓器、電焊機和感應電動機就是用電磁感應的原理而實現的。這樣的用電設備必須從電網上吸收兩種能量，一部分能量用于做功，轉化為機械能、熱能、化學能及光能等能量形式，這部分能量用于生產和生活所需，即有功功率；另一部分能量用來產生交變磁場，是依靠磁場來傳送和轉換能量，這種轉換只在電源和用電設備之間進行，不對外輸出能量，即無功功率。有功功率與無功功率都是電能的應用所必需的。若有功功率不足，則不能滿足用電負荷的需要，且電網質量變壞，威脅發電廠的安全；若無功功率不足，電網質量同樣變壞，電網電壓降低，用電設備電流上升，電機過流、發熱，導致用電設備的絕緣損壞，甚至燒毀。

平均功率P可反映電路網絡實際吸收的有功功率，根據定義，平均功率為：。它不僅與電壓、電流的有效值有關，而且還與電壓、電流的相位差有關。稱為電路的功率因數，又稱為功率因數角。一方面電路的功率因數直接影響發電設備的利用率，另一方面當輸送相同的功率時，功率因數低，則電流大，流過電路時造成的損耗就大。為提高發電設備的利用率和降低輸電線上的損耗，需要提高功率因數[1]。

圖1 并聯電容進行功率因數補償的

電路圖及相量圖

在交流電路中，純電阻負載中電流IR與電壓U同相位，純電感負載中電流IL滯后電壓90°，而純電容負載中電流IC超前電壓90°。電力系統中的負載多是感性負載（電感性和電阻性），因此總電流I滯后于電壓U一個小于90°的功率因數角。為了提高功率因數，一般在感性負載上并聯電容器，如圖1所示，其目的是讓電容的電流抵消部分電感電流，使電流I減小到I′，在提高功率因數、降低線路損耗的同時，又不會影響原感性負載的工作狀態。

工業企業電力系統常用的電容器補償方式有三種：集中補償、分組補償和個別補償。企業電力系統的補償方式的選擇，要視企業的具體情況而確定。例如，從無功就地平衡來說，個別補償效果最好（個別補償應用于大容量、長期穩定運行、無功功率需要較大的用電設備，或者距電源較遠，不便于實現分組補償的場合，這種方式可以減少配線電流、導線截面及配電變壓器的容量）。不論采用什么樣的補償方式，補償電容的容量必須選擇適當，而這一切都是為了提高交流電力系統的功率因數。功率因數是衡量企業供電系統電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標。

2.提高功率因數電容值的兩種算法

電路如圖1所示，現假設負載的功率P、端電壓U及功率因數均已知，此外電源的角頻率也已知，現將電路的功率因數提高到，求需并聯多大的電容C。

（1）利用相量圖計算 [2]

以端電壓為參考相量畫出電路的相量圖如圖2所示。其中，為負載所在支路的電流，為電容所在支路的電流，為并聯電容后電路的總電流。在相量圖中，將負載所在支路的電流作水平和垂直的分解，得到兩個分量和。其中，由于和電壓同相位，兩者的有效值相乘后得到電路的有功功率，因此，稱為電流的有功分量。而由于和電壓相位差為90°，兩者有效值相乘后得到電路的無功功率，因此，稱為電流的無功分量。然后再將并聯電容后的總電流作同樣的分解，得到兩個分量和。從相量圖中可以看到：并聯電容前后電路的有功功率沒有發生變化，但無功功率發生了變化。

圖2 用相量圖法求解并聯電容容值

由此可得如下方程組：

解方程組即可求出補償電容值：

（2）利用功率三角形計算

圖3 功率三角形

電容為儲能元件，本身不消耗能量，但是要與外界發生能量的交換。因此，并聯電容后電路的有功功率不發生改變，而無功功率改變。由于電容和電感兩個元件的性質相反，在感性負載兩側并聯電容后電路的無功功率會減小。

由此可畫出電路在并聯電容前后的功率三角形，如圖3所示。其中，P、Q、S為并聯電容前后電路的有功、無功和視在功率，QC為電容的無功功率。從功率三角形可看出，并聯電容前后電路的無功功率的變化量即為電容的無功功率。由此可列出如下方程組：

解方程組即可求出補償電容值：

（3）結論

從以上兩種計算方法可以看出：第一種方法根據相量圖進行計算，思路清楚，無需知道電路的能量轉換情況，但涉及數學知識多，求解過程麻煩。第二種方法根據電路的能量轉換情況求解，涉及數學知識少，計算簡單快捷，但需知道電路的能量轉換情況。教學中可根據具體情況選擇求解方案。

3.應用舉例

一臺132kW的電機，用150mm2的塑料銅芯電纜供電運行電纜溫度正常，后來在這根電纜上再增加一臺30kW的電機后，電纜的溫度很高，不能持續運行，現試并接50kvar的電容器。問題是：并接電容器之前功率因數是多少？并接電容器之后的功率因數又是多少？現在的有功功率是多少？我們投、切電容器，測出電容器投入時電纜的負載電流為250A，電容器切出后為300A，實測電容器電流為76A。根據之前推導結果代入可得：P=135kW，，。可知：雖然投入使用的電機總容量為132kW+30kW=162kW，但實際有功功率為135kW；增投電容器進行無功補償之后，功率因數由0.687提高到0.824，使電纜的負載電流由300A降低到250A，這根電纜雖然增加了30kW的負載，但電流并未增加仍可安全運行。

根據電力部門的要求，功率因數應該等于0.95時為最佳。按照135kW的有功功率，功率因數在提高到0.95計算，此時電纜電流降低到216A。即在功率因數由0.824提高至0.95后，在有功功率不變的情況下，電纜電流由原來的250A降低到216A。

4.結束語

功率因數是衡量企業供電系統電能利用程度及電氣設備使用狀況的一個具有代表性的重要指標。提高功率因數便提高了電源設備的供電能力，減小了供電線路的電能損耗，本文根據電路基礎的基本理論，探討了功率因數的測量和計算，提高功率因數的方法，并聯電容器提高功率因數時電容值的兩種算法以及在生產實際中的應用。

參考文獻

[1]王松林,吳大正,李小平,等.電路基礎(第三版)[M].西安:電子科技大學出版社,2008.

[2]杜瑞紅.采用并聯電容器提高功率因數的算法[J].中國電力教育,2010:263-268.

[3]陳俊章.用測電流法計算功率因數及其應用[J].電子報,2008:571.

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