(宁夏吴忠供电局，宁夏 吴忠 751100)

1 引言

在电力系统中，负荷功率因数的变化直接影响系统的有功功率、影响供用电设备的利用率。同时，功率因素的变化也使输电线路的电压损失改变，影响电压质量。此外，负荷功率因数的改变还使发电机转速改变，影响电力系统的频率。因此适当提高电力系统的功率因数，不但可以充分的发挥发电、供电设备的生产能力、减少线路损耗、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于广大供用电企业、特别是对现阶段全国性的一些改造后的农村电网来说，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善和提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。

在电力网的运行中，希望的是功率因数越大越好，做到了这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。因此，本文将从功率因数对电力系统的影响、电力系统经济运行与功率因数的关系、影响功率因数的主要因素、改善功率因数的主要方法及提高自然功率因数的具体措施等几个方面进行分析和探讨。

2 功率因数对电力系统的影响

在交流电路中，电压与电流之间的相位差(φ)的余弦叫作功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损耗。功率因数低的根本原因是电感性负载的存在，因此功率因数的大小与电力系统中负荷的性质有关。

在工业企业电力用户中，绝大部分用电设备都具有电感性，需要从电力系统吸取无功功率。如三相交流异步电动机、三相变压器、电焊机、电抗器、架空线路等，功率因数都小于1，特别是在轻载情况下，功率因数更为降低。因此，必须采取补偿无功功率的措施，以提高功率因数。

3 电力系统经济运行与功率因数的关系

在电力系统中，功率因数过低，就会使发电机转速改变，多发无功功率，这样一来就使设备的利用率大大降低。

例如：一台单相变压器的额定容量为S=100kVA。

当功率因素cosΦ=1时，其实际容量为S1=100×1=100kW；

当功率因素cosΦ=0.8时，其实际容量为S2=100×0.8=80kW；

当功率因素cosΦ=0.6时，其实际容量为S3=100×0.6=60kW；

这就说明功率因素的变化会改变设备的利用率。

在一定的电压下向负载输送一定的有功功率时，负载的功率因素越低，通过线路的电流I=P/Ucosф就会越大，导致阻抗的电压降落就越大。另外，当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大。随着电压的降落输电线路的损耗就会越大，根据计算公式就能充分说明：

ΔP=(P2+Q2)R×10-3/U2(kW)

式中：U为输电线路电压(kV)；P为线路输送的有功功率(kW)；Q为线路输送的无功功率(kVar)；ΔP为输电线路有功损耗(kW)；R为输电线路的电阻(Ω)。

众所周知，衡量电力系统电压质量的三个指标是：负荷中心的电压、交流电的频率和波形。功率因素改变后，将直接影响电力系统中电压的质量，改变了设备的利用率，并直接使输电线路的损耗增加，影响系统的经济运行。

要解决好上述问题，电力系统有关部门除努力从自身查找原因外，还应配合用户作好下列工作：

(1)合理调整变压器的运行台数，使有限的电能发挥更大的作用，避免变压器长期轻载运行。

(2)调整负荷，提高设备利用率。

(3)减少电压的变压次数，设备的电压等级在设计及施工安装中都应合理选择，因为每经过一次变压要多损耗一部分功率，使损失加大。

(4)结合规划，调整不合理的线路部局，尽量减少迂回线路，缩短电力线路以减少电网中的功率损耗。

(5)安装移相电容或调相机进行无功功率的人工补偿，改善电网运行中的功率因数。

解决好上述的实际问题，可以大大提高电网负荷的功率因数，使发电设备和变电设备的容量得到充分合理的利用，并能减少输电的电能损耗，改善电压质量。由于功率因数是电力系统中一个重要的技术经济指标，所以应努力改善电网负荷的功率因数，提高电力部门的经济效益。

4 影响功率因数的主要因素

结合电力系统运行的特点以及电力系统中供用电设备的特点综合分析，影响功率因数的主要因素体现在以下几个方面：

(1)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%；而在异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。

(2)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。

(3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。

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。

5 改善功率因数的主要方法与提高自然功率因数措施

改善功率因数的主要方法是通过无功功率补偿来提高电力系统的功率因数。下面简单介绍改善功率因数的主要方法及提高自然功率因数的具体措施。

(1)无功功率补偿通常采用的方法。

①低压个别补偿

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

②低压集中补偿

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

③高压集中补偿

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

(2)提高自然功率因数的具体措施。

提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。

①合理使用电动机；

②提高异步电动机的检修质量；

③采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过励状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。

异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是“异步电动机同步化”。

④合理选择配电变压器容量，改善配电变压器的运行方式：对负载率比较低的配电变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。

6 结束语

通过以上几个方面的分析与探讨可以看出，改善和提高电力系统的功率因数对于电力系统的经济运行、充分发挥发电、供电设备的生产能力、减少线路损耗、改善电压质量，提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能有着重要的意义。在电力系统的运行中，通过无功功率补偿提高功率因数是一项非常重要的技术措施。