改善功率因数提升经济效益

王自建

摘要：功率因数是电力系统重要的技术指标和经济指标，改善与提高功率因数对用电客户和电力系统具有同等重要的作用，采取适当的无功补偿方式，加装并联电容器，确保无功补偿装置运行正常。

关键词：功率因数无功补偿并联电容器

一、功率因数的概念

（一）功率因数：在交流电路中，电压与电流之间的相位差（φ）的余弦叫做功率因数，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。电力系统中的大多数负载是感性负载，由于感性负载需要一定的无功功率建立交变的磁场才能正常工作，所以它们的功率因数通常较低。

（二）功率因数低对电力系统具有不可避免的危害性：一是电源设备的有功出力不能充分利用。电源设备的额定电压和额定电流是一定的，它的额定容量也是一定的，在额定容量下运行的电源设备，若负载的功率因数低，则电源发出的有功功率就少，电源发出的无功功率就多，电源与负载间交换而不消耗的功率多，导致电源设备的有功出力不足。二是供电线路的功率损失和电压降增加。对于给定的线路，其感抗、电抗是定值，当以一定的电压输送一定的有功功率时，若负载功率因数低，线路的有功功率损失增加，线路电压降增加，造成有功电能的浪费和负载端电压降低。此外，功率因数低可导致电力客户功率因数调整电费（以下称力调电费）支出增加。改善功率因数是充分发挥现有设备潜力、提高设备利用率的有效办法，具有重要的技术和经济意义，是供电企业和用电客户双方的共同责任。用电客户尤其是大工业用户需采取措施提高功率因数，达到电力系统的要求。

（三）力调电费的调整办法

1．计算方法

在用电营业实际工作当中，通常按客户本抄表周期的结算有功、无功电量，利用公式计算该抄表周期的实际功率因数。按规定，销售电价内包含国家规定的各类基金和附加不列入功率因数调整电费计算。

峰谷分时电价客户力调电费=±力率%×（各时段电度电费之和+基本电费）

单一制电价客户力调电费=±力率%×结算电量×目录电度电价单价

2．相关规定

功率因数标准按原水利电力部、国家物价局（83）水电财字215号《关于颁发<功率因数调整电费办法>的通知执行。当计算的实际功率因数高于或低于规定的标准时，在按照规定的目录电度电价计算出当月的目录电度电费后，可以依据功率因数调整电费表所规定的调整率百分数计算出相应增减电费。调整表中的数据都有各自的特点，在实际处理时也可以根据这些特点计算功率因数调整率。

二、无功补偿的方式

（一）无功功率就地平衡

电压与无功功率是一对对立的统一体，电力系统的无功功率在每一刻必须保持平衡，当无功负荷与无功出力相平衡时，电压就正常，达到额定值，而当无功负荷大于无功出力时，电压就下降，反之，电压就会上升。电力系统对无功功率平衡有两个基本要求，一是系统中的无功电源功率要大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功功率损耗之和，二是留有一定的无功备用容量。

（二）无功补偿装置

把具有电容性的装置称为无功补偿装置，其工作原理是电容和电感并联接在同一电路，当电感吸收能量时，正好电容释放能量，电感释放能量时，电容正好吸收能量。能量在它们中间互相交换，即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿。

1．同步调相机

这实质上是一种不带机械负载的同步电动机，为最早采用的一种无功补偿设备，在并联电容器得到大量采用后，它退居次要地位。其主要缺点是投资大，运行维护复杂，许多国家不再新增同步调相机作为无功补偿设备。但是同步调相机具有调整电压均匀、励磁效果好、稳定性好等优点。

2．并联电容器

提高电路功率因数的电容器，称为补偿电容器，因其性能优势和价格优势在电力系统中有着广泛的应用。

（1）并联电容器补偿的特点

这是电网中用得最多的一种无功补偿设备，目前国内外电力系统中90%的无功补偿设备采用这种方式。电容器用于无功补偿优点显著，一是一次性投资和运行费用低，安装调试简单，最为经济；二是损耗低、效率高；三是运行维护简单、无噪音；四是应用范围广泛，可安装在中心变电站，也可分散安装在配电系统和厂矿用户。

（2）补偿原理

并联电容器无功补偿原理如图1所示，并联电容后，由于端电压和感性负载参数未变，故被补偿感性电路的阻抗、功率因数和电流都不变。电容电路的容性电流超前系统电压90?，线路总的电流减小了，整个电路的功率因数提高了。这是因为电感和电容的性质是相反的，在未并电容前，电感所需的无功功率完全由电源提供，因此线路的电流大。并联电容后，电感的一部分无功功率由电容就地提供，电源提供的无功功率减小，线路的电流也就减小了。

3．静止补偿器

这是近年来发展起来的一种动态无功功率补偿装置，调节快速，主要用于对电力系统中的动态冲击负荷的补偿，可以迅速改变所输出无功功率的性质或保持母线电压恒定。静止补偿器还可以用来提高电力系统的电压枢纽点、支撑点的稳定性，抑制谐波对电力系统的危害。

因为正常负荷变动引起的电压变化过程缓慢，用一般价格比较便宜的电容器与电抗器等投切配合，完全可以满足要求，静止补偿器使用较少。

三、无功补偿的原则及注意事项

（一）补偿原则

无功补偿装置的选择与分布，首先要考虑调压的需要，满足电网电压质量标准。同时，也要避免无功功率在电网内的长距离传输，减少电网的电压损耗和功率损耗。为了提高无功功率补偿装置的经济效益，减少无功功率的流动，无功补偿的原则要求做到无功功率分层分区平衡，应尽量采取就地补偿，就地平衡，要做到哪里有无功负荷就在哪里安装无功补偿装置。

这既是经济上的需要，也是无功电力特征所必须的，具体要求有四点，一是总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主；二是电力部门补偿与用电客户补偿相结合；三是分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主；四是降损与调压相结合，以降损为主。

（二）补偿方式

无功补偿的方式通常有随机补偿、随器补偿、线路集中补偿和变电站集中补偿四种方式，前两种方式对工业电力用户提高功率因数、降低电费支出意义重大。

（三）有关注意事项

一方面，供电企业应加强用电营业管理，做到无功补偿装置与其他供用电设施同时设计、同时施工、同时运行，同时，加装防倒装置，避免用户向系统倒送无功，加强计量管理和电费核算，力调电费要执行到位，充分发挥价格杠杆作用，促使用电客户改善功率因数。另一方面，用电客户要正确选用无功补偿方式，尽量使用带自动投切功能的无功补偿装置，加强巡视，确保装置运行正常。

四、无功补偿计算示例

以一个变压器容量为500千伏安、当月电度电费合计为10万元（不含政府性基金）的大工业用户为例，假如自然功率因数为0.8，按照河南省2014年目录电价计算，如果不加装无功补偿装置，则该用户需额外支付力调电费=（100000+500×20）×5%=5500元。假如经过无功补偿之后功率因数达到0.95，则力率电费=（100000+500×20）×（-0.75%）=-825元，每月可节约电费开支=5500+825=6325元。安装电容器的成本以6万元计算，经过10个月即可收回用于无功补偿的投资，经济效益十分可观。

综上所述，提高电力系统功率因数是供电企业与电力用户的共同职责，电力用户应从技术效益和经济效益两个方面提高对无功补偿的认识，按照规程要求加装无功补偿装置。供电企业应当真正担负起监管职责，考核到位，整改到位，落实到位，通过无功就地补偿的方式提高整个电力系统的功率因数。