论文部分内容阅读
【摘 要】本文结合作者多年的工作实践经验，分析了工厂供电功率因数的定义和主要影响因素，探讨了无功补偿的方法，最后对其带来的效益进行了总结。
【关键词】工厂供电；无功补偿
当前，企业供电系统中的变配电设备、用电设备多为感性负载，其功率因数较低，工作时产生较大无功功率，在线路中产生较大无功电流，对能源造成了巨大的浪费，而且也影响了低压电网安全可靠的运行。所以，应该对工厂供电系统进行无功补偿，从而改善功率因数，达到无功就地平衡，节能降耗，提高电压质量、增加电网输送能力和电气设备利用率的目的。
1.功率因数的定义和主要影响因素
1.1功率因数的定义
功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，通过它能够体现出用电设备所使用的有功功率与视在功率的比值。在相关的标准中规定：对于160千伏安以上的高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数应该大于或者等于0.9：对于100千伏安及以上的其它工厂，功率应该大于或者等于0.85。
1.2功率因数的主要影响因素
（1）电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在異步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
（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%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。
（3）电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。
2.工厂供电中的无功补偿
2.1提高功率因数的无功补偿方法（1）采取适合的容量，杜绝“大马拉小车”的问题的产生；（2）对于那些负荷非常低的电动机，可以选择三角形的线圈接法；（3）防止用电设备空载的现象出现；（4）应该保证变压器得到合理地利用； （5）应该优化电路布局。
2.2并联电容在感性负载上的补偿方法
在工厂供电中，可以使用电路电筒等，通常情况下，经常选择并联电容在感性负载上的补偿方法。在感性负载上并联电容器能够使感性负载的无功功率得到降低，对于降低甚至防止感性负载与原有电源间的能量交换是非常有利的。在包括纯电阻电路的交流电路中，负载中的电流和电压具有相同的相位。可以根据坐标系，在纯电感电路中，电压垂直于电流，并且电压是先于电流的，而在纯电容电路中，电压依然垂直于电流，但是电流却是先于电压的。电容平行于电感中的电流，并且具有相反的方向，因此能够将其抵消。电力系统的重要组成部分是感性负载，因此，电流相对于电压来说是落后一个角度的，通过并联电容在感性负载上这种方法，能够使总电流减小，从而使功率因数得到提高。
并联电容在感性负载上的补偿方法主要包括以下三种：
（1）个别补偿。这种方法将电容器组安装在感性负载的四周，保证电容器组与负载共同工作或者不工作。这种方法具有很好的补偿效果，但是对电容的利用率是非常低的，在低压网络中比较适用。
（2）分组补偿。这种方法在线路前端也就是在车间配电盘的母线上安装电容，具有很好的补偿效果，同时对电容利用率也是非常高的。
（3）集中补偿。这种方法将在一次或二次变电所输出线路的母线上安装电容，也就是在变电所的高低压母线上安装电容，根据无功负荷确定电容器组的大小。
3.工厂供电中的无功补偿的效益
在工厂供电系统中，连接着容量大小不等的多种感性设备，从而造成电网传输功率不仅包括有功功率，而且还包括无功功率。通常情况下，自然平均功率因数处于0.70～0.85之间的范围。工厂消耗的无功功率一般能够达到消耗有功功率的60%～90%，如果提高功率因数为大约0.95，那么，无功消耗仅仅能够达到有功消耗的30%。因为在工厂供电中通过无功补偿，无功功率的输入得到降低，因此，工厂会获得巨大的经济效益。
3.1节省工厂的电费开销
提高功率因数对工厂具有非常明显的直接经济效益，根据国家的电价制度，从有限电能的合理利用着手，规定了不同企业的功率因数应该达到的不同数值，如果比规定的数值低，就必须多收电费，如果比规定的数值高，那么就应该相应地少收电费。由此看来，通过工厂供电中的无功补偿来提高功率因数，为工厂节省了许多电费开销。
3.2使设备的利用率得到提高
（1）对于原有供电设备来说，在相同的有功功率的条件下，提高功率因数，就会减少负荷电流，从而向负荷传送功率所经过的一些供配电设备，例如，变压器、开关和导线等，都增加了一定的功率储备，从而使负荷增长的需要得到满足。
（2）对于仍然处于设计阶段的新建工厂来说，工厂供电中的无功补偿有利于使设备容量得到降低，使投资费用得到减少，改善后的功率因数能够降低所选择的变压器的容量。所以，通过工厂供电中的无功补偿来提高功率因数，不仅使初次投资的费用得到了大幅度的降低，而且也使运行后的基本电费得到降低。
3.3降低系统的能耗，改善电压质量
工厂供电中的无功补偿有利于降低系统的能耗，保证线路末端电压的稳定，对于大电动机的起动有重要的作用，能够使电压质量得到改善。但是如果安装电容器的目的仅仅是为了追求电压质量的改善是非常不经济的。工厂供电中的无功补偿主要就是为了使功率因数得到改善，使线损得到减少，电压质量的改善仅仅起到辅助性的作用。
4.结语
工厂供电中的无功补偿非常重要，搞好工厂供电中的无功补偿，有利于配电变压器的利用率的提高，在实际生产过程中，可使工厂降低运行费用，使供配电系统的无功功率得到最大限度的减少，从而降低整个供配电系统的能量损耗，减小输电导线截面，从而达到节能降耗的目的，使工厂的生产效率得到提高，获得巨大的经济效益。可以预见，工厂供电中的无功补偿这一具有重要的经济意义的方法具有很好的发展前景，希望通过本文的研究能够抛砖引玉，引起国内外更多专家学者对于该领域的关注。 [科]
【参考文献】
[1]蔡利忠，刘永平，贺荣强.低压电网无功补偿存在的问题及解决办法[J].内蒙古科技与经济，2007，（03）.
[2]杨惠.无功补偿技术对低压电网功率因数的影响[J].继电器，2007，（03）.
[3]郭国方.无功补偿装置在城市配网中的运用[J].科技咨询导报，2007，（06）.
[4]董超强.无功补偿技术在低压电网中的应用[J].中国科技信息，2007，（13）.
【关键词】工厂供电；无功补偿
当前，企业供电系统中的变配电设备、用电设备多为感性负载，其功率因数较低，工作时产生较大无功功率，在线路中产生较大无功电流，对能源造成了巨大的浪费，而且也影响了低压电网安全可靠的运行。所以，应该对工厂供电系统进行无功补偿，从而改善功率因数，达到无功就地平衡，节能降耗，提高电压质量、增加电网输送能力和电气设备利用率的目的。
1.功率因数的定义和主要影响因素
1.1功率因数的定义
功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，通过它能够体现出用电设备所使用的有功功率与视在功率的比值。在相关的标准中规定：对于160千伏安以上的高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数应该大于或者等于0.9：对于100千伏安及以上的其它工厂，功率应该大于或者等于0.85。
1.2功率因数的主要影响因素
（1）电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在異步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
（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%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。
（3）电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。
2.工厂供电中的无功补偿
2.1提高功率因数的无功补偿方法（1）采取适合的容量，杜绝“大马拉小车”的问题的产生；（2）对于那些负荷非常低的电动机，可以选择三角形的线圈接法；（3）防止用电设备空载的现象出现；（4）应该保证变压器得到合理地利用； （5）应该优化电路布局。
2.2并联电容在感性负载上的补偿方法
在工厂供电中，可以使用电路电筒等，通常情况下，经常选择并联电容在感性负载上的补偿方法。在感性负载上并联电容器能够使感性负载的无功功率得到降低，对于降低甚至防止感性负载与原有电源间的能量交换是非常有利的。在包括纯电阻电路的交流电路中，负载中的电流和电压具有相同的相位。可以根据坐标系，在纯电感电路中，电压垂直于电流，并且电压是先于电流的，而在纯电容电路中，电压依然垂直于电流，但是电流却是先于电压的。电容平行于电感中的电流，并且具有相反的方向，因此能够将其抵消。电力系统的重要组成部分是感性负载，因此，电流相对于电压来说是落后一个角度的，通过并联电容在感性负载上这种方法，能够使总电流减小，从而使功率因数得到提高。
并联电容在感性负载上的补偿方法主要包括以下三种：
（1）个别补偿。这种方法将电容器组安装在感性负载的四周，保证电容器组与负载共同工作或者不工作。这种方法具有很好的补偿效果，但是对电容的利用率是非常低的，在低压网络中比较适用。
（2）分组补偿。这种方法在线路前端也就是在车间配电盘的母线上安装电容，具有很好的补偿效果，同时对电容利用率也是非常高的。
（3）集中补偿。这种方法将在一次或二次变电所输出线路的母线上安装电容，也就是在变电所的高低压母线上安装电容，根据无功负荷确定电容器组的大小。
3.工厂供电中的无功补偿的效益
在工厂供电系统中，连接着容量大小不等的多种感性设备，从而造成电网传输功率不仅包括有功功率，而且还包括无功功率。通常情况下，自然平均功率因数处于0.70～0.85之间的范围。工厂消耗的无功功率一般能够达到消耗有功功率的60%～90%，如果提高功率因数为大约0.95，那么，无功消耗仅仅能够达到有功消耗的30%。因为在工厂供电中通过无功补偿，无功功率的输入得到降低，因此，工厂会获得巨大的经济效益。
3.1节省工厂的电费开销
提高功率因数对工厂具有非常明显的直接经济效益，根据国家的电价制度，从有限电能的合理利用着手，规定了不同企业的功率因数应该达到的不同数值，如果比规定的数值低，就必须多收电费，如果比规定的数值高，那么就应该相应地少收电费。由此看来，通过工厂供电中的无功补偿来提高功率因数，为工厂节省了许多电费开销。
3.2使设备的利用率得到提高
（1）对于原有供电设备来说，在相同的有功功率的条件下，提高功率因数，就会减少负荷电流，从而向负荷传送功率所经过的一些供配电设备，例如，变压器、开关和导线等，都增加了一定的功率储备，从而使负荷增长的需要得到满足。
（2）对于仍然处于设计阶段的新建工厂来说，工厂供电中的无功补偿有利于使设备容量得到降低，使投资费用得到减少，改善后的功率因数能够降低所选择的变压器的容量。所以，通过工厂供电中的无功补偿来提高功率因数，不仅使初次投资的费用得到了大幅度的降低，而且也使运行后的基本电费得到降低。
3.3降低系统的能耗，改善电压质量
工厂供电中的无功补偿有利于降低系统的能耗，保证线路末端电压的稳定，对于大电动机的起动有重要的作用，能够使电压质量得到改善。但是如果安装电容器的目的仅仅是为了追求电压质量的改善是非常不经济的。工厂供电中的无功补偿主要就是为了使功率因数得到改善，使线损得到减少，电压质量的改善仅仅起到辅助性的作用。
4.结语
工厂供电中的无功补偿非常重要，搞好工厂供电中的无功补偿，有利于配电变压器的利用率的提高，在实际生产过程中，可使工厂降低运行费用，使供配电系统的无功功率得到最大限度的减少，从而降低整个供配电系统的能量损耗，减小输电导线截面，从而达到节能降耗的目的，使工厂的生产效率得到提高，获得巨大的经济效益。可以预见，工厂供电中的无功补偿这一具有重要的经济意义的方法具有很好的发展前景，希望通过本文的研究能够抛砖引玉，引起国内外更多专家学者对于该领域的关注。 [科]
【参考文献】
[1]蔡利忠，刘永平，贺荣强.低压电网无功补偿存在的问题及解决办法[J].内蒙古科技与经济，2007，（03）.
[2]杨惠.无功补偿技术对低压电网功率因数的影响[J].继电器，2007，（03）.
[3]郭国方.无功补偿装置在城市配网中的运用[J].科技咨询导报，2007，（06）.
[4]董超强.无功补偿技术在低压电网中的应用[J].中国科技信息，2007，（13）.