基于低压配电网的功率因数提高策略探究

何景良

摘要：低压配电网与用户直接联系，其功率因数的大小直接影响用户的供电质量。功率因数的高低关乎着电力系统的功率和电能损耗，电压损失及电压稳定。本文通过阐述功率因素的概念，提高功率因素的必要性，并着重探究无功补偿技术的原则和方法。

关键词：配电网；功率因数；无功补偿

前言

功率因数又叫力率，是电力企业中的一项重要的考核指标。电网中的发电设备绕组功率损耗、电力变压器、电网的频率及电压波动都会影响功率因数。低压配电网功率因数的提高，对电能质量和电网经济效益具有重要的意义。而无功补偿是一种经济、有效、方法的方法，可通过无功补偿有效的降低电网损耗，提高功率因素进而改善电压质量。

1功率因数简介

1.1功率因数的概念

由图1功率三角形所示，在数值上功率因素为有功功率P和视在功率S的比值，即cosψ=P/S（P：系统负载的有功功率；S：对于P的系统的视在功率；cosψ：功率因数）

图1功率三角形

功率因数cosψ的物理意义解释如下：在电源供给总功率(视在功率S)时，存在着做有功功率P和“无效”的无功功率Q。所以在同样大小的视在功率S的前提下，功率因数越高，说明有功功率占的比重就越大，能量利用率就也高。我国中低压配电网的无功优化目标规定10kV出线功率因数应在0.9以上，100kVA及以上供电的电力用户，其低压侧功率因数应大于0.95，其他电力用户低压侧应大于0.9；农业用户配电变压器低压侧功率因素应在0.85以上。

1.2功率因数低对电网的危害

功率因数过低存在着以下危害：（1）增大线路线损，使负载端电压下降。由I=P/Ucosψ可知，当负载有功功率P和电压U一定时，功率因数cosψ越低，电流越大。由线损=I2R（R为线路电阻），可得到电流越大，线损越大。同时，会导致线路压降上升，造成负载端电压下降，影响设备的正常工作；（2）导致发电机损耗加大。根据P=UIcosψ，当传送一定有功功率时，若功率因数过低，必须增大电流。由于电能传送时电流总是滞后电压，需对其进行补偿修正，使电流电压波形同步，则要提高发电机的励磁电流，并同时提高发电机的工作电压。所以，功率因数过低会导致传输电压过高，从而增加发电机的损耗，引起发电机绝缘线圈温度升高，导致其使用寿命缩短。

因此可知，功率因数的高低与电网的功率和电能损耗直接相关，影响配电网的供电线路的电压损失和波动，从而影响整个配网的供电质量。功率因数过低甚至会引起系统电压崩溃而造成设备损坏。

2无功补偿

由cosψ=可知，但有功功率P一定时，减少无功功率Q，则功率因数能得到提高。无功功率的产生不消耗电能，但其传送却会造成有功功率和电压的损耗。所以合理就地配置用户端的无功功率补偿容量，减少无功穿越，可减少电网中的有功损耗和电压损耗。改善电网的无功潮流分布，可提高用户端的功率因数，进而提高电网的电能传送能力。

2.1无功补偿原则

无功补偿一般采用“分级补偿，就地平衡”原则，即不过多吸收系统的无功功率，也不向系统倒送无功功率。为改善电网的电压质量，对无功补偿有以下要求：（1）实现分电压等级和就地平衡原则。做到无功功率负荷的就近、就地补偿，以减少电网无功功率的传送过程中的电网损耗，提高电网效益。（2）确保无功功率达到平衡。要求满足不同方式下有足够的无功功率补偿量，并且有较好的调节无功功率的能力。（3）要求用逆向调压方式实现无功功率平衡。即负荷高峰时电压高一些，负荷低谷低谷时电压低一些，利用无功电源的逆向调整来保证负荷端电压的稳定。

2.2无功补偿的方式

目前我国采用的最有效的就地无功补偿方式主要有随机补偿和随器补偿两种。需根据具体要求要选择合适的补偿方式。

（1）随机补偿。

随机补偿是将电动机和电容器并接后，并安装保护装置以对电动机一起投切。这种方式主要是补励磁无功，可有效的减少电动机产生的无功消耗。它的优势在于投资少，成本低；安装简单，维修方便；补偿装置可适应用电设备的任意状态，无需频繁调整。

（2）随器补偿

随器补偿主要是针对配电变压器，利用低压保险使低压电容器和配电变压器连接，从而进行空载无功补偿。它具有很大的优势：接线简单，安装方便，后期维护容易；经济成本低，补偿效果好；对配电变压器空载无功补偿的同时，可有效限制配电网的无功基荷，降低电网损耗。

2.3无功补偿存在的问题

目前在低压配电网中，无功补偿技术得到了很好的重视和普及，但还不是很完善，仍存在着一些问题。

（1）无功倒送问题。无功功率倒送会增大线路和变压器的损耗，是电力系统绝对不允许发生的。采用固定电容补偿方式的用户，容易在负荷低谷时发生无功倒送。同时，选择的无功补偿设备如可分相调节的补偿量的晶闸管控制的补偿柜，很多厂家为了节约成本只选其中一相做无功分析。导致在三相负荷不对称的情况下会发生无功倒送。所以，在补偿装置选择时一定要注意该问题。

（2）补偿方式问题。目前在配电网中仍旧存在将无功补偿的重点放在用户侧，而不是从整个电网的损耗考虑。应从降低整个电网的损耗角度出发，通过计算无功潮流，保证补偿量和补偿方式的最优化就，实现最合理有效的无功补偿。而不是仅仅为了提高某一个用户的功率因数而就地增设无功补偿装置。

（3）谐波问题。系统的谐波含量过大会干扰无功补偿的控制环节，同时电容器对谐波具有放大作用，会影响其寿命而过早损坏。谐波问题普遍被忽略，故在对无功补偿进行设计时因考虑谐波问题，必要时应加装谐波装置。

（4）电压波动问题。当无功补偿设备使用电压调节方式时，为了保证用户的用电质量，主要是根据电压来决定无功投切量。但是线路的电压水平由电网系统决定的，无功的投切量可能会因为电压基准的偏差与实际要求不符，从而导致无功欠补或过补。

3结束语

利用无功补偿手段可以提高功率因数，改善电能质量，减少电压波动和线路损耗，提高电压合格率，保证了电网的安全可靠运行，具有很大的经济和社会效益。本文通过分析提高功率因数的必要性，提出了无功补偿的策略，具有一定的参考意义。

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