提高功率因数与节能降损的关系

提高功率因数与节能降损的关系

张浩

黑龙江省大庆市第五采油厂电力维修大队

摘要：近年来,随着油田电网的进一步完善，生产和生活用电规模不断扩大，用电量的日益增长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出。功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。本文从理论上分析了提高功率因数对于节约电能，降低损耗的关系。

关键词：功率因数　节能降损

1　前言

功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。没有它，变压器就不能改变变电压与输送电能，没有它，电动机的旋转磁场就建立不起来，电动机就无法转动。但是，长距离输送无功电力，又会造成有功功率的损耗和电压质量的降低，这不仅影响电力网的安全经济运行，而且也影响产品的质量。

不过，虽然无功补偿能给企业和社会带来一定的效益，但补偿过程中还需要考虑很多问题，也就是说怎样进行补偿，才能收到最佳的效益呢？这就要求我们在补偿过程中必须遵守一定的原则、方法，做到科学合理的补偿，才能收到事半功倍的效果。

2功率因数低的主要原因

2.1电力变压器对电网功率因数的影响 　　电力变压器的功率因数低主要是无功功率消耗大，主要包括铁损（电路部分）和铜损（磁路部分），还有空载损耗等部分组成。如果没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功功率损耗，除了降低变压器自身损耗外，应避免变压器空载运行或长期处于轻载运行状态。

2.2异步电动机对电网系统功率因数的影响

我厂绝大部分动力负荷都是三相异步电动机, 异步电动机的输入功率有三部分组成：(1)定子绕组的铜耗；(2)定子绕组的铁耗；(3)转子输出的电磁功率即有功功率；无功功率就是定子绕组的铜耗和铁耗之和。异步电动机功率因数的高低取决于有功功率与输入功率的比值。所以要改善异步电动机的功率因数，一方面要减少无功功率，另一方面要防止电动机的空载运行，并尽可能提高负载率。 3 无功补偿的方式

全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡，具体如下：

总体平衡与局部平衡相结合，既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。

集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，这就要求在负荷集中的地方进行补偿，既要在变电站进行大容量集中补偿，又要在配电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿，目的是做到无功就地平衡，减少其长距离输送。

高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，这和分散补偿相辅相成。

降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。这是针对线路长，分支多，负荷分散，功率因数低的线路，这种线路最显著的特点是：负荷率低，线路损失大，若对此线路补偿，可明显提高线路的供电能力。

4无功补偿容量

4.1 随器补偿

将电容器安装在配电变压器低压侧，主要补偿配电变压器的空载无功功率和漏磁无功功率。一般情况下，机采井负载率较低，轻载时，无功负荷主要是变压器的励磁无功，因此配变无功补偿容量不易超过其空载励磁无功，否则，在配变接近空载时可能造成过补偿，所以应按式Q_b ≤ I₀%S_e/100(其中：I₀%是空载电流百分数，从手册中可查出，S_e是变压器的额定容量)。

4.2，随电动机补偿

将电容器直接并联在电动机上，用以补偿电动机的无功消耗。据运行统计，油田配电网中约有80%的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。一般对7.5kW以上电动机进行补偿时，确定容量应按Q_C ≤ 3U_eI₀。另外，对于机采井负荷较大的电动机，补偿容量可适当加大，大于电动机的空载无功，但要小于额定无功负荷，即Q₀ ≤ Q_C ≤ Q_e。

4.3 低压集中补偿

在低压母线上装设自动投切的并联电容器成套装置主要补偿变压器本身及以上输电线路的无功功率损耗，而在配电线路上产生的损耗并未减少，因此，补偿不宜过大，否则变压器轻载或空载运行时，将造成过补偿，补偿容量应以变压器额定容量的30%~40%确定，即：Q_b = （0.3 - 0.4）S_N，或从提高功率因数的角度考虑Q_b = P（tgφ₁ - tgφ₂），其中tgφ₁ 、tgφ₂是补偿前后功率因数角的正切值。

5 补偿位置的确定

上述介绍了不同目的的补偿方法各不相同，但补偿位置在哪最合理呢？一般我们考虑把并联电容器安置在负荷较集中的地方或无功消耗严重的设备周围。

6 补偿后带来的经济效益

从提高功率因数上，还是以东过北干线5123为例，如功率因数由0.4提高到0.9。

从降损节能上来说，降低了电能损耗，减少了电费的支出，同样给用户带来经济效益。

如例2，年节能4.914万kWh，按电价0.56元/kWh，则一年可节约电费为0.56×4.914＝2.75万元。

从提高变压器的处理上来说，由于减少了无功电流，所以提高了变压器的出力。如例2，若不是进行无功补偿，变压器长期处于超载运行，会因长期过热而烧坏变压器，而新安装一台变压器（50kVA），需投资1.06万元，但经过补偿，只需要投资近1000元就解决了变压器超载运行的，增创了1.2万元的经济效益。一是从提高功率因数上，例如：我厂从2000年—2006年推广应用无功补偿技术，加大无功补偿装置的管理，使配电网的自然功率因数得到提高。

目前共安装高、低压无功补偿装置3608组，补偿容量13.128×10⁴kVar。其中：变电所集中补偿电容器28组，补偿容量6.31×10⁴kVar；高压线路集中补偿电容器88组，补偿容量1.575×10⁴kVar；变压器高压分散补偿电容器703组，补偿容量1.663×10⁴kVar；低压补偿电容器2789组，补偿容量3.58×10⁴kVar。

二是从电压质量上来讲，由于无功电量的减少，使线路末端电压得到提高。

三是从节能降损上来讲，降低了电能损耗，减少了电费的支出，同样给用户带来经济效益。由于电网无功需求量的减少，提高了有功利用率。

四是从配电变压器的运行方面来讲，由于减少了无功电流，所以提高了变压器的出力。

通过上面的分析可以看出，提高功率因数对于节约电能，降低损耗，提高变配电设备的供电能力是极其有利的。要合理地提高线路的功率因数，需要我们生产部门、技术部门、设计部门以及施工部门共同合作，除了应该按要求进行踏勘、设计、施工外，还应该根据用电负荷的特点，合理配置无功功率补偿装置同电网改造工程一并进行设计、施工，显得更加重要。

作者简介：张浩 ，男，1980年3月15日出生，籍贯辽宁省辽阳市，2020年7月年毕业于大庆石油学院，现从事电力技术管理工作。

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