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引言

現代電網(wǎng)中，占比重較大的是電動(dòng)機等感性負荷，它們在消耗有功率和吸收大量無(wú)功功率。無(wú)功功率的出現導致了發(fā)電機出力下降，同時(shí)使輸配電設備效率減少，而且還增大了網(wǎng)損，使供電質(zhì)量受到嚴重影響。無(wú)功功率對電力系統運行的經(jīng)濟性和電能質(zhì)量有關(guān)鍵性的作用。無(wú)功功率是電力系統一種必須的功率，電網(wǎng)中的無(wú)功功率的大量損耗，系統需要提供足夠的無(wú)功功率，不然電網(wǎng)電壓將下降，也就不能保證電能質(zhì)量。同時(shí)，不合理分配的無(wú)功功率，也將引起線(xiàn)損的增加，使電力系統運行的經(jīng)濟性得不到保證。

一、無(wú)功功率和功率因素介紹

1、無(wú)功功率是由電路中電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換從而在電氣設備中建立和維持磁場(chǎng)而產(chǎn)生的電功率。它不對外作功，只是將電能轉換成其他形式的能量。但凡有電磁線(xiàn)圈的電氣設備需要建立磁場(chǎng)，無(wú)功功率的消耗就必不可少。從電源處獲取無(wú)功功率建立電動(dòng)機轉子磁場(chǎng)，與此同時(shí)變壓器也需要無(wú)功功率，這樣才能使變壓器的一次、二次線(xiàn)圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)或感應出電壓。所以，在沒(méi)有無(wú)功功率的情況下，電動(dòng)機將不能轉動(dòng)，變壓器同樣不會(huì )變壓，交流接觸器也就不會(huì )吸合。通常情況下，用電設備不僅要從電源吸收有功功率，于此同時(shí)還要從電源吸收無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率得不到供應，用電設備建立正常的電磁場(chǎng)就得不到足夠的無(wú)功功率，所以，就不能維持這些用電設備在正常情況下的工作，用電設備的端電壓就一定會(huì )下降，因此會(huì )影響電氣設備的正常運行。無(wú)功交換損失的感性無(wú)功功率得到容性無(wú)功功率的補償變得有效平衡。無(wú)功功率因何而來(lái)？顯然，發(fā)電機提供的無(wú)功功率相對負荷和網(wǎng)絡(luò )對無(wú)功功率的大量需求來(lái)說(shuō)會(huì )供不應求，只是依靠發(fā)電機來(lái)提供無(wú)功功率的話(huà)也是非常不經(jīng)濟的。無(wú)功功率最關(guān)鍵的來(lái)源是利用各種無(wú)功補償設備從而在電力系統的各個(gè)環(huán)節來(lái)進(jìn)行無(wú)功補償。所以，無(wú)功補償是電力系統的非常重要的組成部分，它是保證電能質(zhì)量和實(shí)現電力系統運行經(jīng)濟化的比較基礎的手段。

2、電感性負載的電壓和電流的相量間存在著(zhù)一個(gè)相位差，一般用相位角的余弦來(lái)表示，稱(chēng)之為功率因數。功率因數是用來(lái)體現用戶(hù)用電設備合理使用狀況、電能利用狀況的一項重要指標。功率因數有自然功率因數、瞬時(shí)功率因數和加權平均功率因數三種。其中自然功率因數指的是用電設備在沒(méi)有安裝無(wú)功補償設備時(shí)而出現的功率因數，換句話(huà)來(lái)說(shuō)的就是用電設備本身所擁有的功率因數。自然功率因數的高低是用電設備的負荷性質(zhì)的關(guān)鍵，電阻性負荷如白熾燈、電阻爐等的功率因數較高，而電感性負荷如電動(dòng)機、電焊機等的功率因數比較低。瞬時(shí)功率因數指的是在某一瞬間由功率因數表顯示的功率因數。瞬時(shí)功率因數是伴著(zhù)用電設備的種類(lèi)、負荷的大小和電壓的高低從而時(shí)刻變化的。加權平均功率因數指的是在一定時(shí)間段內功率因數取得的平均值。

二、無(wú)功功率補償的方式

在電力系統中，無(wú)功功率的補償方法有很多，其中包括采用同步發(fā)電機、同步電動(dòng)機和SVC等。在許大多數工程的供電系統中，因為阻感性負載居多，總等效的負載都成感性，通常采用的是并聯(lián)電容器組來(lái)補償無(wú)功功率和提高功率因數。在用自備的發(fā)電機組供電時(shí)，都會(huì )配有自動(dòng)勵磁調壓裝置來(lái)對無(wú)功和電壓進(jìn)行自動(dòng)調節。

依照安裝位置的不同，并聯(lián)電容器有以下三種補償方式：一是將電容器組集中安裝在母線(xiàn)上集中補償，用來(lái)提高整個(gè)變電所的功率因素，降低饋出線(xiàn)路的無(wú)功損耗；二是將電容器組分別裝在功率因素比較小的區域母線(xiàn)上進(jìn)行分區補償，這樣的補償效果更佳，而缺點(diǎn)是補償范圍比集中補償范圍要??；三是在負載設備附近安裝電容器組，就近進(jìn)行無(wú)功補償，對于感性設備如異步電動(dòng)機和以熒光燈為主的照明電路等，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是既能夠使供電回路的功率因素得到提高，也能改善用電設備本身的電壓質(zhì)量，而缺點(diǎn)是電容器布置比較分散，維護工作量較大，國產(chǎn)自愈式電容器技術(shù)與生產(chǎn)水平的提高，給就地補償方式的推廣創(chuàng )造了機會(huì )。

三、提高功率因素的計算

功率因數指的是電力網(wǎng)中線(xiàn)路的視在有功功率供給的消耗所占百分數。在電力網(wǎng)的運行中，我們所希望看到的是功率因數越大越好，如果能夠做到這一點(diǎn)，那么電路中的視在功率將會(huì )把大部分用來(lái)供給有功功率，用來(lái)減少無(wú)功功率的消耗。用戶(hù)功率因數的多少對電力系統發(fā)、供、用電設備的充分利用有著(zhù)重要的影響。適當的提高用戶(hù)的功率因數，不僅能夠充分地發(fā)揮發(fā)電和供電設備的生產(chǎn)能力、降低線(xiàn)路損失、電壓質(zhì)量得到改善，還可以提高用電用戶(hù)對用電設備的工作效率和為用戶(hù)本身來(lái)節約電能。

在感性負載上用并聯(lián)電容器來(lái)提高功率因數。感性負載電路中的電流比電壓小，并聯(lián)電容器后將會(huì )產(chǎn)生超前電壓900的電容支路電流，這會(huì )抵減落后于電壓的電流，讓電路的總電流得到減小，因此減小阻抗角，從而提高功率因數。用串聯(lián)電容器的方法也可提高電路的功率因數，但串聯(lián)電容器使電路的總阻抗減小，總電流增大，從而加重電源的負擔，因而不采用串聯(lián)電容器的方法來(lái)提高功率因數。

四、功率因素提高的實(shí)際應用

提高功率因數是在不添置任何補償設備的情況下，通過(guò)降低各用電設備所需的無(wú)功功率來(lái)減少負載取用無(wú)功從而達到提高工礦企業(yè)功率因數的目的，它既不需要增加投資，同時(shí)也能最經(jīng)濟的提高功率因數。下面我將會(huì )對提高功率因數的一般措施作進(jìn)行一些簡(jiǎn)要的介紹。

1、合理使用電動(dòng)機

合理的使用電動(dòng)機的型號、規格和容量，讓它接近滿(mǎn)載運行。在選擇電動(dòng)機的時(shí)候，不僅要注意它們的機械性能，還要考慮它們的電器指標。如果電動(dòng)機長(cháng)時(shí)間處于低負載下運行，這樣既能夠增大功率的損耗，也將會(huì )使功率因數和效率都顯著(zhù)的惡化。所以從節約電能和提高功率因數的情況出發(fā)的話(huà)，一定要正確地合理地選擇電動(dòng)機的容量。

2、提高異步電動(dòng)機的檢修質(zhì)量

從實(shí)驗可以得出，異步電動(dòng)機定子繞和轉子間的氣隙變動(dòng)將會(huì )對異步電動(dòng)機無(wú)功功率的大小有重大的影響。

3、采用同步電動(dòng)機或異步電動(dòng)機進(jìn)行同步運行來(lái)提高功率因數

通過(guò)電機原理，電動(dòng)機上所攜帶的機械負荷的大小決定了同步電動(dòng)機消耗的有功功率多少，但是無(wú)功取決于轉子中的勵磁電流大小。而在欠激狀態(tài)時(shí)，定子繞組不能從電網(wǎng)“吸取”，在過(guò)激狀態(tài)情況下，定子繞組不能向電網(wǎng)“送出”。所以，只需要調節電機的勵磁電流，讓其處于過(guò)激狀態(tài)，就會(huì )使同步電機向電網(wǎng)“送出”無(wú)功功率，來(lái)減少電網(wǎng)傳給工礦企業(yè)的無(wú)功功率，從而使工礦企業(yè)的功率因數得到提高。異步電動(dòng)機同步化是將異步電動(dòng)機三相轉子繞組恰當地連接并且連通直流勵磁電流，讓其呈現同步電動(dòng)機運行。所以只要調節電機的直流勵磁電流，讓其呈現過(guò)激狀態(tài)，這樣才能使電網(wǎng)輸出無(wú)功，以此來(lái)達到提高低壓網(wǎng)功率因數的目標。

4、合理選擇配變容量，改善配變的運行方式

對于負載率比較低的配變來(lái)說(shuō)，通常采取“撤、換、并、?！钡确椒?，讓它的負載率提高到最佳值，隨即改善電網(wǎng)的自然功率因數。

結束語(yǔ)

實(shí)際情況中工廠(chǎng)供配電系統需要消耗大量無(wú)功功率，來(lái)進(jìn)行無(wú)功補償，功率因素的提高一方面能夠為工廠(chǎng)企業(yè)本身節省成本，提高經(jīng)濟效益，另一方面也能夠對廠(chǎng)外電力系統的安全運行提供比較可靠的保障。