提高功率因数的方法与无功补偿

提高功率因数的方法与无功补偿

作者：卢丙库

来源：《价值工程》2011年第03期

摘要：本文简述了无功补偿原理，提高用电设备本身的功率因数的措施，人工补偿提高功率因数的方法以及高压集中补偿、低压成组补偿、分散就地补偿等问题。

Abstract: This paper introduces the principle of reactive power compensation, the measures to improve the power factor of electrical device itself; measures to improve the power factor of artificial compensation and problems of high concentration, low pressure group compensation, dispersion compensation on the spot and so on.

关键词：功率因数；无功补偿；电容器

Key words: power factor；reactive power compensation；capacitor

中图分类号：TM72 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）03-0262-01

1基本概念

1.1 功率因数：在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用cos?渍表示。

①视在功率：S=■VI×10-3（kV·A） ②有功功率：P=■VIcos?渍×10-3（kW） ③无功功率：Q=■VIsin?渍×10-3（kvar）

电路的性质不同，cos?渍的数值在0～1之间变化，其大小取决于电路中电感、电容及有功负荷的大小。当cos?渍=1时，表示电源发出的视在功率全为有功功率，即S=P；当cos?渍=0时，则P=0，表示电源发出的功率全为无功功率，即S=Q。所以负荷的功率因数越接近1越好。

1.2 无功功率补偿就是改善和提高企业用电的功率因数，也是企业节电的重要方法，原理是：

把具有容性功率负荷的装置与感性负荷并联接到同一电路中，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量。就这样两种负荷之间的能量互相

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转换，感性负荷吸收的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。

2提高功率因数的方法

2.1 提高用电设备本身的功率因数的措施。①采用鼠笼式异步电动机。因为它结构紧密、气隙小、漏磁少，因而本身的功率因数就比绕线式异步机高。②尽量避免电动机与变压器的轻载运行。此时有功功率小而激磁所用的无功功率不变，故cos?渍较低，所以，应力求电动机在接近额定负荷的条件下运行，变压器的负荷率也不应低于50％。③绕线式异步电动机同步化运行。这一措施同样可将功率因数提到1，但由于成本高和维护困难使其推广使用受到一定的。④尽量采用高压（6-10kV）电动机，这样可以省掉降压变压器，从而消除了该变压器产生的无功损耗。一般变压器的无功损耗约为有功损耗的5倍以上。矿井用高压电动机的设备有主排水泵、提升机、空压缩机和风机等。 2.2 人工补偿提高功率因数的方法。

①并联移相电容器组。并联电容补偿法具有投资少、有功功率损耗小（每kvar损牦约3-4W）、维护方便、无振动与噪声、便于安装等优点，在矿山地面变电所和用户广泛采用。目前多在6-10kV母线上并联电容器组进行集中补偿。电容补偿的缺点是只能有级调节而不能进行连续平滑的自动调节，当通风不好，运行温度过高或线路电压过高时，电容器容易损坏。②采用同步调相机。同步调相机实际上就是一个大容量的空载运行的同步电动机，其功率大都在5000kW及以上，在过激磁时，它相当于一个无功发电机。优点是可以无级调节无功功率，但也有造价高、有功损耗大、维护困难等缺点。煤矿现很少应用。③采用可控硅静止无功补偿器。这是一种性能较优越的动态无功补偿装置，由移相电容器、饱和电抗器、可控硅励磁调节器及滤波器等组成。其特点是将可控的饱和电抗器与移相电容器并联作用，电容器可补偿设备产生的冲击无功功率的全部或大部。优点是动态补偿反应快、损耗小、适合对功率因数变化剧烈的大型负荷进行单独补偿，如用于矿山提升机的大功率可控硅整流装置供电的直流电动机拖动机组等。缺点是投资大、设备体积大，占地面积较大。④采用进相机改善功率因数。进相机也称转子自激相位补偿机，是一种新型的感性无功功率补偿设备，只适用于对绕线式异步电动机单独补偿，电动机容量一般为95-1000kW。进相机的外形与电动机相似，没有定子及绕组，仅有和直流电动机相似的电枢转子，由单独的、容量为1.1-4.5kW左右的辅助异步电动机拖动。这种方法的优点是投资少，补偿效果好，而且彻底，还可降低主电动机的负荷电流，节电效果也很显著，一般运行三个月后就可以收回投资。缺点是本身是一旋转机构，还要由一辅助电动机拖动，增加了维护和检修的负担，另外，它只适宜负荷变动不大的大容量绕线式电动机，应用受到一定的局限。 3无功补偿

3.1 高压集中补偿。这种方式是在地面变电所6-10kV母线上集中装设移相电容器组，一般有专门的电容器室，并要求通风良好，配有可靠的放电设备。它只能补偿6-10kV母线前(电源

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方向)所有向该母线供电的线路上的无功功率，而该母线后(负荷方向)的矿内电网并没有得到无功补偿，因而经济效果较差。

高压集中补偿的初期投资较低，由于矿井6-10kV母线上无功功率变化比较平稳，因而便于运行管理和调节，而且利用率高，还可提高供电变压器的负载能力。虽然对本矿的技术经济效益较差，但从全局上看改善了矿区电网，所以仍是大、中型工矿企业的主要无功补偿方式。 3.2 低压成组补偿。把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间或井下动力变压器的低压母线上。它能补偿低压母线前的矿内高压电网，矿区电网和整个电力系统的无功功率，补偿区大于高压集中补偿，本矿亦获得相当技术经济效益。低压成组补偿投资不大，通常安装在低压配电室内，运行维护和管理方便，逐渐成为无功补偿中的重要成分。如将无功补偿装置引入井下，将改善我国矿山井下电网功率因数严重偏低（0.5-0.6左右）的状况，对提高整个矿井的无功补偿有重大的意义。

3.3 分散就地补偿。将电容器组分别装设在大容量电动机处，它与用电设备的停、运相一致，但不能与之共用一套控制设备。为了避免送电时的大电流冲击和切断电源时的过电压，要求电容器投运时迟于用电设备，而停运时先于用电设备，应设有可靠的放电装置。

对负荷较稳定的6-10kV高压绕线式异步机理想的分散就地补偿措施是在电动机处就地安装进相机，其补偿区从电动机起一直覆盖到电源，功率因数可补偿到1，节电效果非常显著，一般数月就能收回全部投资，是一种很有发展前景的补偿方式。