引言
現(xiàn)代電網(wǎng)中，占比重較大的是電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)荷，它們?cè)谙挠泄β屎臀沾罅繜o(wú)功功率。無(wú)功功率的出現(xiàn)導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)出力下降，同時(shí)使輸配電設(shè)備效率減少，而且還增大了網(wǎng)損，使供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(tǒng)一種必須的功率，電網(wǎng)中的無(wú)功功率的大量損耗，系統(tǒng)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，也將引起線損的增加，使電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)而產(chǎn)生的電功率。它不對(duì)外作功，只是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。但凡有電磁線圈的電氣設(shè)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(jī)轉(zhuǎn)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、二次線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)或感應(yīng)出電壓。所以，在沒(méi)有無(wú)功功率的情況下，電動(dòng)機(jī)將不能轉(zhuǎn)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(shè)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(yīng)，用電設(shè)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(shè)備在正常情況下的工作，用電設(shè)備的端電壓就一定會(huì)下降，因此會(huì)影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)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(bǔ)償變得有效平衡。無(wú)功功率因何而來(lái)？顯然，發(fā)電機(jī)提供的無(wú)功功率相對(duì)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)功功率的大量需求來(lái)說(shuō)會(huì)供不應(yīng)求，只是依靠發(fā)電機(jī)來(lái)提供無(wú)功功率的話也是非常不經(jīng)濟(jì)的。無(wú)功功率最關(guān)鍵的來(lái)源是利用各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備從而在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。所以，無(wú)功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)的非常重要的組成部分，它是保證電能質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)化的比較基礎(chǔ)的手段。
2、電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個(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(shù)。功率因數(shù)是用來(lái)體現(xiàn)用戶(hù)用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用狀況的一項(xiàng)重要指標(biāo)。功率因數(shù)有自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種。其中自然功率因數(shù)指的是用電設(shè)備在沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)而出現(xiàn)的功率因數(shù)，換句話來(lái)說(shuō)的就是用電設(shè)備本身所擁有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低是用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)的關(guān)鍵，電阻性負(fù)荷如白熾燈、電阻爐等的功率因數(shù)較高，而電感性負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等的功率因數(shù)比較低。瞬時(shí)功率因數(shù)指的是在某一瞬間由功率因數(shù)表顯示的功率因數(shù)。瞬時(shí)功率因數(shù)是伴著用電設(shè)備的種類(lèi)、負(fù)荷的大小和電壓的高低從而時(shí)刻變化的。加權(quán)平均功率因數(shù)指的是在一定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)取得的平均值。
二、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞?nbsp;
在電力系統(tǒng)中，無(wú)功功率的補(bǔ)償方法有很多，其中包括采用同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和SVC等。在許大多數(shù)工程的供電系統(tǒng)中，因?yàn)樽韪行载?fù)載居多，總等效的負(fù)載都成感性，通常采用的是并聯(lián)電容器組來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率和提高功率因數(shù)。在用自備的發(fā)電機(jī)組供電時(shí)，都會(huì)配有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓裝置來(lái)對(duì)無(wú)功和電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
依照安裝位置的不同，并聯(lián)電容器有以下三種補(bǔ)償方式：一是將電容器組集中安裝在母線上集中補(bǔ)償，用來(lái)提高整個(gè)變電所的功率因素，降低饋出線路的無(wú)功損耗；二是將電容器組分別裝在功率因素比較小的區(qū)域母線上進(jìn)行分區(qū)補(bǔ)償，這樣的補(bǔ)償效果更佳，而缺點(diǎn)是補(bǔ)償范圍比集中補(bǔ)償范圍要??；三是在負(fù)載設(shè)備附近安裝電容器組，就近進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)于感性設(shè)備如異步電動(dòng)機(jī)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(shè)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(hù)工作量較大，國(guó)產(chǎn)自愈式電容器技術(shù)與生產(chǎn)水平的提高，給就地補(bǔ)償方式的推廣創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。
三、提高功率因素的計(jì)算
功率因數(shù)指的是電力網(wǎng)中線路的視在有功功率供給的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，我們所希望看到的是功率因數(shù)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(shù)的多少對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用有著重要的影響。適當(dāng)?shù)奶岣哂脩?hù)的功率因數(shù)，不僅能夠充分地發(fā)揮發(fā)電和供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、降低線路損失、電壓質(zhì)量得到改善，還可以提高用電用戶(hù)對(duì)用電設(shè)備的工作效率和為用戶(hù)本身來(lái)節(jié)約電能。
在感性負(fù)載上用并聯(lián)電容器來(lái)提高功率因數(shù)。感性負(fù)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(shù)。用串聯(lián)電容器的方法也可提高電路的功率因數(shù)，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(fù)擔(dān)，因而不采用串聯(lián)電容器的方法來(lái)提高功率因數(shù)。
四、功率因素提高的實(shí)際應(yīng)用
提高功率因數(shù)是在不添置任何補(bǔ)償設(shè)備的情況下，通過(guò)降低各用電設(shè)備所需的無(wú)功功率來(lái)減少負(fù)載取用無(wú)功從而達(dá)到提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的目的，它既不需要增加投資，同時(shí)也能最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)。下面我將會(huì)對(duì)提高功率因數(shù)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(jī)
合理的使用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，讓它接近滿(mǎn)載運(yùn)行。在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，不僅要注意它們的機(jī)械性能，還要考慮它們的電器指標(biāo)。如果電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于低負(fù)載下運(yùn)行，這樣既能夠增大功率的損耗，也將會(huì)使功率因數(shù)和效率都顯著的惡化。所以從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的情況出發(fā)的話，一定要正確地合理地選擇電動(dòng)機(jī)的容量。
2、提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量
從實(shí)驗(yàn)可以得出，異步電動(dòng)機(jī)定子繞和轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)將會(huì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率的大小有重大的影響。
3、采用同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同步運(yùn)行來(lái)提高功率因數(shù)
通過(guò)電機(jī)原理，電動(dòng)機(jī)上所攜帶的機(jī)械負(fù)荷的大小決定了同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率多少，但是無(wú)功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)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(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流，讓其處于過(guò)激狀態(tài)，就會(huì)使同步電機(jī)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(shù)得到提高。異步電動(dòng)機(jī)同步化是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組恰當(dāng)?shù)剡B接并且連通直流勵(lì)磁電流，讓其呈現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。所以只要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流，讓其呈現(xiàn)過(guò)激狀態(tài)，這樣才能使電網(wǎng)輸出無(wú)功，以此來(lái)達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目標(biāo)。
4、合理選擇配變?nèi)萘浚纳婆渥兊倪\(yùn)行方式
對(duì)于負(fù)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(fù)載率提高到最佳值，隨即改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。
結(jié)束語(yǔ)
實(shí)際情況中工廠供配電系統(tǒng)需要消耗大量無(wú)功功率，來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，功率因素的提高一方面能夠?yàn)楣S企業(yè)本身節(jié)省成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，另一方面也能夠?qū)S外電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供比較可靠的保障。
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