時間：2022-08-12 11:07:08
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇功率因數(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
Sun Hui
（Guangdong Technical College of Water Conservancy and Electric Engineering，Guangzhou 510635，China）
摘要：本文敘述了供電系統(tǒng)的傳統(tǒng)無功補償裝置及其控制，介紹了用半導體開關器件控制、響應速度快的特點。隨著電力電子器件與計算機控制技術的發(fā)展，動態(tài)無功補償器SVC正朝著高電壓和大容量方向發(fā)展。
Abstract: This paper describes the traditional reactive power compensation device of in power supply system and its control, introduces characteristics of fast response when controlled by semiconductor switching device. With the development of power electronic devices and computer control technology, dynamic reactive power compensator SVC is developing to the direction of the high voltage and high-capacity.
關健詞：傳統(tǒng)的無功補償?shù)奶攸c 動態(tài)無功補償分析
Key words: the characteristics of traditional reactive power compensation；analysis of dynamic reactive power compensation
中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）15-0054-01
0引言
在供電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的構成有發(fā)電機、變壓器、輸電線及用戶的負荷。工業(yè)用戶負荷中、除電阻爐是電阻負荷外，其他常用的負截如電動機、感應加熱設備、整流裝置等是感性負截，從電路的角度看，均可等效為電阻與電感的串聯(lián)或并聯(lián)。而輸電線路除個別高壓系統(tǒng)由于輸電線的分布電容較大，使線路可等效為容性外，其他供電線路，特別是低壓系統(tǒng)，都可將供電線路等效為集中參數(shù)的線路電阻與電感中聯(lián)。
1傳統(tǒng)的無功功率補償?shù)姆椒?/p>
根據(jù)調節(jié)同步電機可以調節(jié)其無功電流和功率因數(shù)的特點，它是專門制造用來改善電網(wǎng)功率因數(shù)、不帶任何機械負載的同步電機，即同步補償機，它實屬是空載的同步電動機，它的勵磁電流It與電樞電流lm的V形曲線如圖1所示。
將同步補償機工作在過勵狀態(tài)，Im的為超前電網(wǎng)電壓的容性電流，用它可以補償負載的感性無功電流。為保持在各種情況時，負載端電壓比較穩(wěn)定和電網(wǎng)的功率因數(shù)在某一范圍內(nèi)，將同步補償機與負載并聯(lián)接入電網(wǎng)。同步補償機的勵磁置用U2大小cosφ2大小進行自動控制，以自己改變勵磁電流大小，從而使電網(wǎng)具有較好的質量。同步補償機調節(jié)范圍寬，但結構復雜，起動和控制也麻煩，運行費用較高，所以一般在大容量系統(tǒng)中用。在過勵運行的同步電動機也能向電網(wǎng)供給超前的無功，所以對不調速的大容量機械，應盡量采用同步電動機拖動，以得到改善電網(wǎng)功率因數(shù)的效益。
并聯(lián)電容器
一般廠用電多用并聯(lián)電容器的方法進行功率因數(shù)的改善。若將電容直接接在感性負載如感應電動機端，則補償效果就可直接改善廠內(nèi)的功率因數(shù)。為集中管理，多數(shù)還是將補償電器設置在變電所內(nèi)，可以在高壓側補償，、也可在低壓側補償。
并聯(lián)電容補償無功提高功率因數(shù)是分組投切的，所以不能很好地保證cosφ和U2的調節(jié)，且其響應速度慢，所以對于要求響應較快的無功補償系統(tǒng)來說，就應采用靜止無功補償裝置（SVC），由于SVC動態(tài)性能好，所以又叫它們?yōu)閯討B(tài)無功功率補償裝置。
2靜止無功功率補償裝置（Svc）
對無功功率變化急劇的情況，如電弧爐，大容量變流器等設備的無功功率補償，常用靜止無功功率補償裝置（SVC）。它的響應速度快，動態(tài)性能好，可以克服電容切換的分段控制，可以進行cosφ的動態(tài)補償，它是現(xiàn)在電力電子裝置在供電系中容量非常大的設備。常用的有用晶閘管或積極可關斷晶閘管（GTO）控制的固定電容調電感式無功補償裝置（TCR），也可用固定電感調電容式的無功補償裝置。
3采用PWM控制方式的整流器是提高有整流器功率因數(shù)的最好方法
對大容量的整流器，由于晶閘管的導通角要根據(jù)負載要求進行調節(jié)，在導通角改變的一般情況下，其功率因數(shù)只有0.4-0.6，導通角小時cosφ更低。所以若將晶閘管相控制整流，改為PWM脈寬調制式整流，就可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，用GTO的PWM式整流器電路如圖2（a）所示，圖2（b）畫出整流輸出的問題波形。
由于PWM頻率比工頻高得多，所以濾波器流參數(shù)和尺寸就比工頻帶的小得多。改變脈沖的占空比即可方便調整輸出的直流電壓動態(tài)的無功功率補償裝置由于用半導體開關器件控制，有很好的動態(tài)特性，雖現(xiàn)在它們的造價比起并聯(lián)電容器的傳統(tǒng)方法貴得多，但對無功負荷變化迅速的重要負載來說，采用靜止無功補償裝置的技術和經(jīng)濟效益還是十分顯著的，隨著電力電子器件與計算機控制技術的發(fā)展，動態(tài)無功補償器SVC正朝著高電壓和大容量方向發(fā)展。所以它應是今后的發(fā)展和推廣應用的方向。
參考文獻：
[1]晶閘管串聯(lián)調壓電容無功的方法（論文期刊，李民族，吳曉楠）.
關鍵詞:功率因數(shù);供電效率;有功功率;無功功率;功率效率
中圖分類號:TM715文獻標識碼:A文章編號:1009-2374 (2010)12-0093-02
功率因數(shù)是供用電系統(tǒng)的一項重要技術經(jīng)濟指標,在電力系統(tǒng)中,隨著變壓器和交流電動機等電感性負載的廣泛使用,電力系統(tǒng)的供配電設備中經(jīng)常流動著大量的感性無功電流。這些無功電流占用大量的供配電設備容量,同時增加了線路輸送電流,因而增加了饋電線路損耗,使電力設備得不到充分利用。用電設備在消耗有功功率的同時,還需大量的無功功率由電源送往負荷,功率因數(shù)反映的是用電設備在消耗一定的有功功率的同時所需的無功功率。作為解決問題的辦法之一,就是采用無功功率補償裝置,使無功功率就地得到補償,提高設備的利用效率。
在電力網(wǎng)的運行中,功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小,視在功率將大部分用來供給有功功率,從而提高電能輸送的功率。
一、影響功率因數(shù)的主要因素
電網(wǎng)中的電力負荷如電動機、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差,這個相位差(Φ)的余弦叫做功率因數(shù),用符號cosΦ表示,在數(shù)值上功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值,即cosΦ=P/S。功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數(shù)越大越好。只有把電路中的無功功率降到最小,才能將視在功率大部分用來供給有功功率,改善供電效率。
許多用電設備均是根據(jù)電磁感應原理工作的,如配電變壓器、電動機等,它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率,因此,所謂的“無功”并不是“無用”的電功率,只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已;因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外,還需要無功電源,兩者缺一不可。
大量的電感性設備,如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關統(tǒng)計,在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中,異步電動機的無功消耗占了60%～70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。
變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,
它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù),變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。
供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。 當供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據(jù)有關資料統(tǒng)計,當供電電壓為額定值的110%時,一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時,無功功率也相應減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以,應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
二、無功功率與無功補償
(一)無功功率的產(chǎn)生
在具有電感或電容的電路中,在每半個周期內(nèi),電感(或電容)把電源能量變成磁場(或電場)能量貯存起來,然后再把貯存的磁場(或電場)能量釋放返回給電源。這種情況下只是進行能量的交換,并沒有真正消耗能量,我們把這個交換的功率值稱為無功功率。正因為如此,無功功率比較抽象,它在電路中來回流動。盡管無功功率說明一個元件的平均功率為零,但它代表了在電感或電容中儲存及釋放磁場能量或電場能量所需要的真實功率。在電力網(wǎng)中,在電源、電感元件和電容元件之間發(fā)生能量的交換。與無功功率相關的能量是儲存的電感性及電容性能量之和。
無功功率決不是無用功率,它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場,使轉子轉動,從而帶動機械運動,電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率,才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場,在二次線圈感應出電壓。因此,沒有無功功率,電動機就不會轉動,變壓器也不能變壓,交流接觸器不會吸合。
(二)無功功率的危害
無功功率的增加,會導致電流增大和視在功率增加,從而使發(fā)電機、變壓器及其他電氣設備容量和導線容量增加,也降低了發(fā)電機的有功功率的輸出,降低了輸變電設備的供電能力。無功功率的增加,使總電流增大,因而使設備及線路的損耗增加,這是顯而易見的。無功功率的增加,使線路及變壓器的電壓降增大,如果是沖擊性無功功率負載,還會使電壓產(chǎn)生劇烈波動,使供電質量嚴重降低。
無功功率還造成了低功率因數(shù)運行和電壓下降,使電氣設備容量得不到充分發(fā)揮。所以我們要盡量減小無功功率的影響:(1)大量的電感性設備,如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率;(2)變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而,為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù),變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài);(3)供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,所以應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
(三)無功補償
1.補償原理。設補償后無功功率為Qc,使電源輸送的無功功率減少為Q’=Q-Qc,功率因數(shù)由cosΦ提高到cosΦ’,視在功率S減少到S’,視在功率的減小可相應減小供電線路的截面和變壓器的容量,降低供用電設備的投資。
可知,采用無功補償措施后,因為通過電力網(wǎng)無功功率的減少,降低了電力網(wǎng)中的電壓損耗,提高了用戶的電壓質量。由于越靠近線路末端,線路的電抗X越大,因此越靠近線路末端裝設無功補償裝置效果越好。
2.補償?shù)淖?#8204;用。(1)提高電網(wǎng)及負載的功率因數(shù),降低設備所需容量,減少不必要的損耗;(2)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓,提高電網(wǎng)質量,而在長距離輸電線路中安裝合適的無功補償裝置可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力;(3)在三相負載不平衡的場合,可對三相視在功率起到平衡作用。
三、功率因數(shù)與功率效率關系
(一)提高功率因數(shù)及相應地減少電費
根據(jù)國家頒布的“功率因數(shù)調整電費辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標準值,相應減少電費:(1)高壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.9以上;(2)低壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.85以上;(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶,功率因數(shù)為0.8以上。
根據(jù)“辦法”,補償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜,因為超過此值,電費并沒有減少,相反造成設備投資增加,有可能造成過補償程度,等效功率因數(shù)下降。
(二)降低系統(tǒng)的能耗
功率因數(shù)的提高,減少線路中輸送的無功功率,也就減少了線路輸送的電流中無功電流成分,降低了線路損耗及變壓器的銅耗。
(三)減少了線路的壓降
由于線路輸送電流降低,造成線路能耗降低,電能損失與電壓平方成反比,系統(tǒng)的線路電壓損失相應減小,有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。
(四)增加了供電功率,減少了用電容量費
對原有供電設備在同樣有功功率下,cosφ提高,負荷電流減小,因此向負荷傳輸功率所經(jīng)過的變壓器、開關、導線等配電設備都增加了功率儲備,發(fā)揮了設備的潛力。對于新建項目來說,降低了變壓器容量,減少了投資費用,同時也減少了運行后的基本電費。
(五)電容補償容量的選定
1.集中補償容量確定。先進行負荷計算,確定有功功率P和無功功率Q,補償前功率因數(shù)為cosф1,要補償?shù)?#8204;的功率因數(shù)為cosф2,則補償容量QC=P(tgф1-tgф2)。
2.就地補償電容器容量確定。就地補償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵磁電流,因為不使電容器造成自勵是選用電容器容量的必要條件。負載率越低,功率因數(shù)越低;極數(shù)愈多,功率因數(shù)越低;容量愈小,功率因數(shù)越低。但由于無功功率主要消耗在勵磁電流上,隨負載率變化不大,因此應主要考慮電動機容量和極數(shù)這兩個參數(shù),才能得到最佳補償效果。
四、盡可能提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)
提高自然功率因數(shù)是在不添置任何補償設備,采用降低各用電設備所需的無功功率減少負載取用無功來提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法,它不需要增加投資,是最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡要的介紹:
(一)合理化使用電動機
若電動機長期處于低負載下運行,既增大功率損耗,又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點出發(fā),必須正確地合理地選擇電動機的容量。
(二)定期檢修
異步電動機定子繞組匝數(shù)變動和電動機定、轉子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的影響。
(三)同步運行
調節(jié)電機的勵磁電流,使其處于過激狀態(tài),就可以使同步電機向電網(wǎng)“送出”無功功率,減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率,從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。因而只要調節(jié)電機的直流勵磁電流,使其呈過激狀態(tài),即能向電網(wǎng)輸出無功,從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。
(四)配變運行
對負載率比較低的配變,一般采取“撤、換、并、?！?#8204;等方法,使其負載率提高到最佳值,從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。
總之,了解影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的幾種方法,我們可以在應用的過程中,根據(jù)具體情況進行分析,在技術經(jīng)濟上綜合考慮補償方式,從而達到電氣設備經(jīng)濟運行的目的,帶來技術上的經(jīng)濟效益和社會效益。
參考文獻
[1]徐進,王曉雪.功率因素測量方法探討[J].西北紡織工學院學報,1995,(2).
[2]林松,胡毅.采用有源功率因素校正的電路研制[J].科技資訊,2006,(8).
[3]王非,李群炬,李偉.高壓電纜對電網(wǎng)無功平衡的影響及相應措施[J].華北電力技術,2007,(6).
[4]曾艷華,沈博,譚超.功率因數(shù)補償裝置設計[J].工業(yè)控制計算機,2008,(9).
[5]邵菊香,吳昕.淺談功率因素校正技術[J].西南民族學院學報(自然科學版),2000,(4).
關鍵詞：自然功率因數(shù) 電動機 變壓器 星角變換 負荷
前言：自然功率因數(shù)是指用電設備沒有安裝無功補償設備時的功率因數(shù)，或者說用電設備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設備負荷的性質，如電阻性用電設備（白熾燈、電阻爐等）的功率因數(shù)就比較高，而電感性用電設備（熒光燈、異步電動機等）的功率因數(shù)就比較低。
如果能有效提高系統(tǒng)的自然功率因數(shù)，就能夠使發(fā)、供電和用電等部門均得到明顯的效益。提高自然功率因數(shù)是指不用任何補償設備，采用降低各用電設備所需的無功功率來提高功率因數(shù)的方法。它不需增加投資，是最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。
1.電動機
1.1 合理地選擇和使用電動機
無功功率用于感應電動機勵磁占電力系統(tǒng)總無功功率的70%左右，合理選用感應電動機，是提高自然功率因數(shù)的重要措施之一。因此，應保證電動機在75%以上的負荷狀態(tài)下運行，盡量減少備用容量，否則不僅降低功率因數(shù)，增加電耗，而且也增加設備及供電系統(tǒng)的投資。
1.2 適當降低電動機運行電壓
由異步電動機的無功功率與端電壓的關系曲線可知，對于輕載運行電動機，可適當降低運行電壓，以提高自然功率因數(shù)和節(jié)約電力、電能。降低運行電壓的方式有兩種：（1）對于有專變供電的電動機，可改變變壓器的分接開關，或加裝專用自耦接觸式調壓器、旋轉式感應調壓器和補償式調壓器，以適當降低電動機供電電壓；（2）改變電動機內(nèi)部接線。對于輕載電動機可將三角形接線改為星形接線（適用于負荷率為40%及以下） 來降低電動機運行電壓，提高自然功率因數(shù)及效率。
1.3 安裝空載自動斷電裝置
對于存在周期性空載運行的電動機，可安裝空載自動斷電裝置，以控制電動機的空載損失。因為空載時電動機消耗的無功功率占額定負荷時所消耗的無功功率的60% ～70%，所以，此辦法可以使電動機的自然功率因數(shù)顯著提高。
1.4 提高電動機的檢修質量
由于震動或彎曲，以及軸承的磨損或偏心，使電動機的氣隙不均或過大，以及磁阻增大，導致電動機的無功功率需求量增加。因此，應定期檢修電動機并提高檢修質量。電動機是運行費用大于成本費用的機械設備，必要時應淘汰舊電動機，更換為新電動機。
2.變壓器
2.1 合理選擇與使用變壓器
合理選擇變壓器的容量，低損耗變壓器的最佳負荷率為50%。及時切除空載變壓器，減少變壓器的空載損失。對變壓器實行并聯(lián)運行以及對并聯(lián)運行的變壓器根據(jù)其負荷變化的特點實行經(jīng)濟運行。根據(jù)電網(wǎng)運行電壓情況及時調整變壓器的分接開關，防止變壓器過激磁。
2.2 均衡變壓器負荷
對于多臺變壓器的用戶，均衡各變壓器負荷可以減少變壓器阻抗中的無功損耗，因而提高負荷的自然功率因數(shù)。均衡變壓器的負荷還有降低變壓器有功損耗、改善電壓質量等作用。與此相似，當有多回低壓架空線平行架設時，將其改造為并聯(lián)運行，亦可以減少有功損耗、無功損耗和電壓損耗，同時還可以改善電壓偏低時電動機的啟動條件。
2.3 停運空載變壓器
變壓器空載時的無功損耗為，停運空載變壓器可以減少無功損耗，提高自然功率因數(shù)。例如， 某S N ＝100kVA 的變壓器，I0 % ＝2.5，則停運空載變壓器可節(jié)省2.5kvar 無功功率，同時還可以節(jié)省有功損耗。
3.采用電纜供電或減小架空線幾何均距
在經(jīng)濟條件許可的情況下，采用電纜供電可提高自然功率因數(shù)。這是因為電纜線路的電抗為零，因而電纜供電沒有無功損耗。此外，電纜線路的電容電流較大，有一定的無功補償作用。減小架空線幾何均距可以減小線路電抗，從而減少線路的無功損耗，達到提高自然功率因數(shù)的目的。采用小截面多回路的供電方式，也可以減小線路電抗，從而減少線路無功損耗。
4.星角變換
利用星形―三角形變換提高自然功率因數(shù)對于三角形接法的輕載電動機可以改為星形接法，實行降壓運行，以達到提高自然功率因數(shù)和節(jié)約電力的目的。但是，這種改接方法必須滿足兩個條件：（1）電動機必須具有在臨界負荷率以下穩(wěn)定運行的工作狀態(tài)；（2）在大于臨界負荷率區(qū)，應無星形接法穩(wěn)定運行的工作狀態(tài)。
當電動機長期處于臨界負荷率βL 以下工作狀態(tài)時， 直接將電動機改為星形接法，其提高的功率因數(shù)和節(jié)電效果最為明顯。當電動機處于輕載、重載兩檔運行時，采用三角形一星形自動切換裝置，可較好地提高功率因數(shù)而獲得節(jié)電效果。只有當電動機負荷率β小于βL 時，實行三角形―星形改接才有實際意義。由于電機極數(shù)不同，臨界負荷率βL 就不同。
實踐證明，當電動機從空載至30%負荷變化時，由三角形變?yōu)樾切芜\行，其效率和功率因數(shù)的提高都是十分顯著的。
5.調整負荷，實現(xiàn)均衡用電
供電電網(wǎng)負荷的大幅度變化，將增加供電設備的容量和線損。因為負荷曲線峰谷差大，則負荷曲線形狀系數(shù)K 值也大。根據(jù)計算電能損耗的等值功率法，在供電量相同的情況下，等效功率大，無功電能損耗也大。如果K＝1 時，無功線損為100%，則當K＝1.05時，線損增加10%；當K＝1.1時，線損增加21%；當K＝1.2時，線損增加44%。因此，搞好調整負荷工作是降損節(jié)電的重要環(huán)節(jié)之一。在供用電管理工作中，應當重視負荷調整，實行高峰讓電、限電，有計劃地安排中午、后夜填谷負荷。
參考文獻：
[1]劉成梁.《論供電系統(tǒng)中改善功率因數(shù)的必要性及方法》.安裝,2009
[2]王智勇.《改善電網(wǎng)功率因數(shù)的意義和方法》.煤,2010
[3]濮賢成,鐘誦平,程文.《實用降損技術講座（一）自然功率因數(shù)與自然功率因數(shù)的提高》.農(nóng)村電工,2004
[4]段永豐,周玉明.《電力用戶自然功率因數(shù)的改善和提高》.山西廣播電視大學學報,2004
關鍵詞：功率因數(shù)、無功功率、損失、補償裝置
0引言 焦煤自供電網(wǎng)在2002年將東西部聯(lián)網(wǎng)并通過馮營電廠的韓營東線、韓營西線與國網(wǎng)并網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)后自網(wǎng)功率因數(shù)低長期存在倒吸國網(wǎng)無功功率現(xiàn)象。目前集團公司各礦所用的用電設備絕大多數(shù)都是基于電磁感應原理而工作的變壓器、電動機、冶煉爐等，這些設備除消耗必要的有功功率外，還必須要消耗或占用相當大的無功功率。資料顯示，循環(huán)在工礦企業(yè)電網(wǎng)中的無功功率，一般達到相當于有功功率值的65%――110%，工礦企業(yè)6――10kv母線功率因數(shù)僅有0.65---0.84，無功功率環(huán)流所造成的損耗是極為可觀的。因此提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)損勢在必行。
1、現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析
1.1天官區(qū)變電站、九里山變電站現(xiàn)場實際情況如下：
1.1.1天官區(qū)變電站35kv變壓器一臺運行、另一臺備用。加裝無功補償裝置前功率因數(shù)0.85。九里山變電站35kv變壓器一臺運行、另一臺備用。加裝無功補償裝置前功率因數(shù)0.72.
1.2無功補償技術能夠借助于無功補償設備為用電系統(tǒng)設備提高一定的無功功率，以提高用電設備乃至整個系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善供電質量，提高供電效率，減少電費開支，降低生產(chǎn)成本，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。例：將1000kvA變壓器的功率因數(shù)從0.8提高到0.98時：
補償前：1000×0.8=800kw；補償后：1000×0.98=980kw。同樣一臺1000kvA的變壓器，功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔180kw的負荷。天官區(qū)變電站、九里山變電站是集團公司整個自供電網(wǎng)架通東西聯(lián)網(wǎng)的110kv樞紐變電站。天官區(qū)變電站、九里山變電站功率因數(shù)低，那么整個自供電網(wǎng)功率因數(shù)也低，嚴重影響礦井安全。鑒于此，對天官區(qū)、九里山變電站展開研究以提高自網(wǎng)功率因數(shù)。詳見圖1。
1.3九里山變電站分析 ： 演九二線路功率因數(shù)0.85，演馬升壓站側演九二線路功率因數(shù)0.91，但演東線功率因數(shù)0.98，故，九里山變電站需要加裝功率補償裝置。九里山變電站6kv母線側功率因數(shù)應由0.68補償?shù)?.95，實際有功功率為3000kw。（演九Ⅰ線路不考慮補償原因是九九線路功率因數(shù)0.95；九羅線路不考慮補償。）因此，九里山變電站6kv母線側無功補償為Qc=3000（tgp1-tgp2）=3000（1.078-0.329）=2247kva。九里山變電站加裝TSC+HVC動態(tài)無功功率補償裝置一套；（其中：TSC600kvar，HVC3000kvar）；補償前功率因數(shù)0.68，補償后功率因數(shù)達到0.97。詳見圖2
1.4天官區(qū)變電站分析：天官區(qū)變電站6kv母線功率因數(shù)由0.85補償至0.95，實際有功功率為2000kw。則：天官區(qū)變電站6kv側補償為：Qc=2000（tgp1-tgp2） =2000（0.484-0.329）=310kvar。因此，天官區(qū)變電站加裝DWZB-2000電壓型無功自動補償成套裝置；該裝置的原理是根據(jù)電容器無功功率輸出與電容量、頻率、電壓參量的關系，即Q=2πfcu通過調節(jié)電容器的端電壓來調節(jié)其無功功率輸出，滿足系統(tǒng)無功功率的需要。達到穩(wěn)定電壓提高功率因數(shù)。容量為1500kvar；加裝無功功率補償裝置后功率因數(shù)達到0.99。詳見圖3
2提高功率因數(shù)的優(yōu)點
2.1通過改善功率因數(shù)，減少了線路中總電流和供電系統(tǒng)中的電氣元件，如變壓器、電器設備、導線等的容量，因此不但減少了投資費用，而且降低了本身電能的損耗。
2.2減少供電系統(tǒng)中的電壓損失，可以使負載電壓更穩(wěn)定，改善電能的質量。
2.3在補償?shù)耐瑫r可以動態(tài)抑制系統(tǒng)諧波,改善電壓畸變率.
2.4可以提高電氣設備效率,增加變壓器帶載容量。舉例說明：天官區(qū)變電站：將5000KVA變壓器的功率因數(shù)從0.85提高到0.99時：補償前：5000×0.85=4250KW；補償后：5000×0.99=4950Kw。功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔7000KW的負載。九里山變電站將10000KVA變壓器之功率因數(shù)從0.72提高到0.98時：補償前：10000×0.72=7200KW；補償后：10000×0.98=9800KW。功率因數(shù)改變后，它就可以多承擔2600KW的負載。
2.5減少了用戶的電費支出；透過上述各元件損失的減少及功率因數(shù)的提高,減少了電費的支出。
2.6改善電能質量：電力系統(tǒng)向用戶供電的電壓，是隨著線路所輸送的有功功率和無功功率變化而變化的。當線路輸送一定數(shù)量的有功功率，若輸送的無功功率越多，線路的電壓損失越大。即送至用戶端的電壓就越低。當用戶功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質量。
3結論
【關鍵詞】功率因數(shù)；補償；消耗
在電力系統(tǒng)中，我們將各種設備所消耗的能量分為有功消耗和無功消耗。有功消耗是指電流通過電阻性負載所消耗的電能，它是一種能量轉變中做功消耗的電能；無功消耗是指電流通過感性或容性負載時產(chǎn)生了磁場、電場，這些磁場、電場只在電源和負載之間往返轉換，在交換中不能轉變成其它形式的能量。視在功率是指有功損耗和無功損耗的平方和的平方根值。功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分數(shù)。
在電力網(wǎng)的運行中，我們所希望的是功率因數(shù)越大越好，否則將產(chǎn)生以下我們所不期望的不良影響：功率因數(shù)的降低導致電流增大，則發(fā)電機和變壓能輸出的有功功率下降，設備容量不能充分利用；使電能損耗和導線截面增加，電網(wǎng)的初期投資和運行費用相應增高；使發(fā)電機、變壓器和電力網(wǎng)中的電壓損失增大，電動機的端電壓下降，則感應電動機的起動傳矩和過負荷能力下降。用戶功率因數(shù)的高低，對于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設備的充分利用，有著顯著的影響。適當提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質量，而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對于廣大供電企業(yè)、特別是對現(xiàn)階段全國性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效的搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫Γ纳铺岣哂脩艄β室驍?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費。其社會效益及經(jīng)濟效益都會是非常顯著的。
一、影響功率因數(shù)的主要因素
首先我們來了解功率因數(shù)產(chǎn)生的主要原因。功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當Q=0時，則其功率因數(shù)=1。因此提高功率因數(shù)問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。
1. 異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備
異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。
變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。
2. 供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響
當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關資料統(tǒng)計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
3. 電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響
綜上所述，我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實用方法，使低壓網(wǎng)能夠實現(xiàn)無功的就地平衡，達到降損節(jié)能的效果。
二、低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)囊话惴椒?/p>
就目前普遍使用的在用戶端增設電容器的無功補償方式分析，按補償電容器在供電網(wǎng)絡中裝設的位置不同可分為集中補償、分散補償、就地補償和跟蹤補償幾種形式。
集中補償是指在企業(yè)的總降壓站或配電室集中安裝一批無功補償裝置的做法。其特征是安裝地點為企業(yè)的電源進線中心，其作用是補償大地區(qū)（高壓）及本企業(yè)內(nèi)部所消耗的無功功率。此方法也可稱為隨器補償。即：將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是低壓電網(wǎng)無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加，不利于電費的同網(wǎng)同價。
集中補償具有接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制低壓電網(wǎng)無功負荷的優(yōu)點，可使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，所以集中補償是目前補償無功最有效的手段之一。
分散補償是指將無功補償裝置分散到分變電所（大型企業(yè)）和車間配電室的做法。其特征是安裝地點為電力負荷中心，其作用是補償小區(qū)域或車間所消耗的無功功率。電壓等級通常為10（6）kV及0.66（0.4）kV。
就地補償是在負荷旁對其進行電容直接補償，其特征是無功補償裝置就在所補償?shù)碾妱訖C附近，其作用是僅補償本臺電動機所消耗的無功功率。電壓等級通常為0.66（0.4）kV。此方法也可稱為隨機補償，即：將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制低壓電網(wǎng)無功負荷。
就地補償?shù)奶攸c體現(xiàn)在用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。此種補償方式具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等優(yōu)點。
跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kV母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果較好。
跟蹤補償?shù)膬?yōu)點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。因此當這三種補償方式的經(jīng)濟性接近時，應優(yōu)先選用跟蹤補償方式。
三、采取適當措施，設法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)
提高自然功率因數(shù)是在不添置任何補償設備，采用降低各用電設備所需的無功功率，減少負載取用無功來提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法，它不需要增加投資，是最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡要的介紹。
1. 合理使用電動機
合理選用電動機的型號、規(guī)格和容量，使其接近滿載運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械性能，又要考慮它們的電氣指標。若電動機長期處于低負載下運行，既增大功率損耗，又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點出發(fā)，必須正確的合理的選擇電動機的容量。
2. 提高異步電動機的檢修質量
實驗表明，異步電動機定子繞組匝數(shù)變動和電動機定、轉子間的氣隙變動時對異步電動機無功功率的大小有很大的影響。
3. 采用同步電動機或異步電動機同步運行提高功率因數(shù)
由電機原理知道，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功，在過激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，只要調節(jié)電機的勵磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節(jié)電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態(tài)，即能向電網(wǎng)輸出無功，從而達到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。
4. 合理選擇配電變壓器容量，改善配電變壓器的運行方式
對負載率比較低的配電變壓器，一般采取“撤、換、并、?！钡确椒ǎ蛊湄撦d率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。
通過以上一些提高加權平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，我們已經(jīng)對“功率因數(shù)”這個簡單的電力術語有了更深的了解和認識，知道了功率因數(shù)的提高對電力企業(yè)的重要影響，下面簡單介紹對用電設備進行人工補償?shù)姆绞胶蛯ρa償容量的確定方法。
四、 功率因數(shù)的人工補償
功率因數(shù)是工廠電器設備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標，也是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的一項主要指標。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法已經(jīng)不能滿足工廠對功率因數(shù)的要求，工廠自身還需裝設補償裝置，對功率因數(shù)進行人工補償。對用電設備進行人工補償?shù)姆绞接校?/p>
1. 靜電電容器補償
當企業(yè)感性負載比較多時，它們從供電系統(tǒng)吸取的無功是滯后（負值）功率，如果用一組電容器和感性負載并聯(lián)，電容需要的無功功率是引前（正值）功率，如果電容C選得合適，令QC+QL=0，這時企業(yè)已不需向供電系統(tǒng)吸取無功功率，功率因數(shù)為1，達到最佳值。
（1）電容器補償容量的確定
（ 2 ）并聯(lián)補償移相電容器，應滿足以下電壓和容量的要求
2. 動態(tài)無功功率補償
動態(tài)無功功率補償一般應用于用電容量大、生產(chǎn)過程中負載急劇變化且具有重復沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動頻繁、急劇、幅值很大的動態(tài)無功功率，采用調相機或固定電容器進行補償已遠遠滿足不了要求，目前一般采用的新型動態(tài)無功功率補償設備是靜止無功補償器。它具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電網(wǎng)運行性能、動態(tài)補償反應迅速、調節(jié)性能優(yōu)越等優(yōu)點。但最明顯的缺點是投資大、設備體積大、占地面積大。
【關鍵詞】功率因數(shù) 有功功率 無功功率 功率損耗
【中圖分類號】TM714.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）28-0125-02
一 前言
直流電路的功率等于電流與電壓的乘積，但是在計算交流電路的平均功率時還要考慮電壓與電流的相位差θ，即P=UIcosθ式中的cosθ是電路中的功率因數(shù)。電路的功率因數(shù)決定于負載的參數(shù)。只有在電阻負載的情況下，電流與電壓同相位，這時的功率因數(shù)為1。對于其他負載來說功率因數(shù)都在0～1之間?，F(xiàn)階段電力網(wǎng)中幾乎都采用人工補償無功功率來提高功率因數(shù)，在電路中并聯(lián)靜電電容器，安裝同步調相機、靜止補償器等，少數(shù)情況下可采用提高自然功率因數(shù)的方法。本文就人工補償無功功率的方法來提高功率因數(shù)進行簡單探討。
二 功率損耗
1.電力網(wǎng)中的功率損耗
在電力網(wǎng)中當電壓U與輸出功率P一定時，電流I
與功率因數(shù)成反比即： ，而在電力網(wǎng)中的功
率損耗ΔP卻與cosθ的平方成反比，即
，該式中r是電網(wǎng)中的電阻。
由上可知功率因數(shù)越大電力網(wǎng)中的功率損耗ΔP就越小。能使發(fā)電設備的容量得到充分的利用，同時也能使電能得到大量的節(jié)約。這就是說，在同樣的設備條件下更能有效利用電能。
2.輸電線路的無功損耗
輸電線路的無功損耗ΔQL由兩部分組成，即線路串聯(lián)電抗中的無功功率損耗ΔQLX與電路電容的充電功率ΔQB組成，表示為：
由上式可見，電壓較高（110KV及以上）的線路，傳輸功率較大時，線路消耗無功功率ΔQLX>ΔQB。
3.變壓器的無功損耗
變壓器的無功損耗ΔQT也由兩部分組成，即變壓器漏抗中的無功功率損耗ΔQTX與勵磁損耗ΔQO組成。
ΔQT與負荷無關，此損耗稱為固定損耗；而ΔQTX與負荷S有關，稱變動損耗。變壓器從發(fā)電廠到用戶要經(jīng)過多級變壓，無功功率損耗可達到用戶負荷的50%～70%。
4.發(fā)電設備的容量不能充分地利用
P=UNINcosθ Q=UNINsinθ S=
P為有功功率，Q為無功功率，S為視在功率
圖1 有功功率、無功功率、視在功率三者關系圖
由有功功率公式P=UNINcosθ?？梢姡斬撦d的功率因數(shù)cosθ
例如，容量為10000KV?A的變壓器，如果cosθ=1就能發(fā)出1000KV的有功功率，但是在cosθ=0.8時只能發(fā)出8000KV的有功功率。當功率因數(shù)cosθ越小時發(fā)出的有功功率就越小。
三 提高功率因數(shù)
1.并聯(lián)靜電電容器
提高功率因數(shù)的常用方法之一就是與電感負載并聯(lián)靜電電容器。并聯(lián)靜電電容器只能向系統(tǒng)供給感性無功功率。使用時可以將電容器連成若干組，按需要成組地投入或切除，它的容量可大可小，即可以集中安裝，又可以分散使用，從而可以在靠近負荷處就地安裝，以減少線路上的功率損耗和電壓損耗。其單位容量的投資費用較小，運行時有功功率損耗也較小，約為額定容量的0.3%～0.5%。
其電路圖和相量圖，如圖2、圖3所示：
圖2 簡單電路 圖3 電流電壓相位關系
并聯(lián)電容器后，電感負載的電流 和功
率因數(shù) 均沒有發(fā)生變化，這是因為所加
電壓和負載參數(shù)沒有改變。但是電壓和線路電流的相位差θ變小了，即功率因數(shù)cosθ變大了。
在電感負載上并聯(lián)電容器以后，減少了電源與負載的能量互換。這時電感所需要的無功功率大部分由電容器供給，使機組容量能夠得到充分利用。
當節(jié)點電壓下降時，它向系統(tǒng)供給的無功功率也下降。當系統(tǒng)發(fā)生故障或其他原因導致電壓降低時，電容器向系統(tǒng)供給的無功功率反而減少，從而導致電壓繼續(xù)下降。這是電容器在調節(jié)性能上的缺點。
2.靜止補償器
靜止補償器是20世紀70年代開始在實際生產(chǎn)中采用，是發(fā)展比較快的一種無功補償裝置。它由電容器組與可調電抗器組成，既可以向系統(tǒng)供給感性無功功率，也可以從系統(tǒng)吸取感性無功功率。
電壓變化時，靜止補償器能夠快速地、平滑地調節(jié)，以滿足動態(tài)無功功率的需要。因為它由靜止元件組成，運行和維護方便，并且有功損耗較小（低于1%）。
3.無功功率平衡
電力系統(tǒng)的無功功率平衡表示為：
其中， ， 為系統(tǒng)中所有發(fā)電機發(fā)出的無功功率， 為系統(tǒng)中所有無功功率補償裝置發(fā)出的無功功率； 為系統(tǒng)中所有負荷需要的無功功率； 為網(wǎng)絡元件的無功損耗。與有功功率一樣，系統(tǒng)中應保持一定的有功功率備用，否則負荷增大時，電壓質量無法保證。這個有功功率備用一般可取最大有功功率負荷的5%～8%。
四 提高自然功率因數(shù)
電力系統(tǒng)的負荷中，異步電動機占相當大的比重，它既需要有功功率，也需要無功功率。它需要的無功功率與有功功率的關系為：
該式中 為電動機在空載時所需要的無功功率； ， 分別為電動機在額定負荷時所需要的有功功率和無功功率；P為電動機的機械負荷； 為受載系數(shù)。
從上式可見，異步電動機所需要的無功功率由兩部分組成，第一部分是建立磁場所需的空載無功功率，約為 的60%～70%，與受載系數(shù)無關；第二部分與繞組漏抗中消耗的無功功率的平方成正比。當受載系數(shù)降低時，電動機所需的無功功率只有一小部分按受載系數(shù)的平方減小，而大部分維持不變。而受載系數(shù)降低，使得功率因數(shù)降低，因此，為了提高負荷的功率因數(shù)，所選用的電動機容量應該盡量接近它所帶動的負載，即應使異步電動機與所拖動的機械功率配套。此外，為了減小用戶所需要的無功功率，可以在有條件的企業(yè)中用同步電動機代替異步電動機，因為同步電動機不僅不需要系統(tǒng)供給無功功率，還可以運行在過勵磁狀態(tài)向系統(tǒng)發(fā)出無功功率，從而提高負荷的功率因數(shù)。由此可見，提高自然功率因數(shù)的方法有：合理選擇異步電動機，避免電力變壓器輕載運行；在生產(chǎn)條件允許的情況下，采用同步電動機代替異步電動機。
關鍵詞：功率因數(shù) 電抗率 額定電壓 額定容量 效益
中圖分類號：C35 文獻標識碼： A
一、供電系統(tǒng)及功率因數(shù)情況簡述
我廠有兩個10KV變電所共分三段母線，原設計每段母線均有電容集中補償裝置（見供電系統(tǒng)圖）。電力公司計量裝置裝配在220KV變電站110KV側，月平局功率因數(shù)能達到0.9。根據(jù)功率因數(shù)調整電費辦法，既不征收懲罰電費，也不進行電費獎勵。但由于我廠用電量較大（每月約4000萬千瓦時），如將功率因數(shù)提高到0.95，可按電費0.75%的費率進行獎勵，初步估算每月可返還電費約20萬元，再加上由于無功減少而使系統(tǒng)有功損耗減少的費用，經(jīng)濟效益十分可觀。
工廠供電系統(tǒng)圖
二、新電容補償裝置主要參數(shù)的確定
原三段10KV母線均配有電容集中補償裝置，但補償容量偏小（具體參數(shù)見下表）。要通過增加電容補償容量的方法來提高系統(tǒng)功率因數(shù)，關鍵是確定電容補償裝置的串聯(lián)電抗器電抗率、電容器額定電壓和額定容量等參數(shù)，并通過措施防止無功過補償?shù)某霈F(xiàn)。只有合理的選擇參數(shù)才能保證電容補償裝置和供電系統(tǒng)安全、可靠的運行，并在此基礎上將系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到預期值，減少供電系統(tǒng)的電能損耗，并獲取最大的經(jīng)濟效益。
1、串聯(lián)電抗器電抗率的選擇
原電容補償裝置串聯(lián)電抗器電抗率為6%，除限制電容器投運時的涌流外還可以抑制電網(wǎng)中5次及以上的諧波。但我廠無大型非線性負載，只有幾臺低壓變頻器及UPS，具體諧波情況暫不明確。因此如新電容器補償裝置串聯(lián)電抗器繼續(xù)按6%選擇，會使電抗器的成本增加，而且會造成電容器本身運行電壓的升高，當電網(wǎng)電壓偏高時可能會影響電容器的使用壽命，具體分析如下：
根據(jù)公式：Un（串電抗器后的電容器電壓）=Ue （系統(tǒng)電壓）/1-K（電抗率）
當電抗率為6%時，電容器運行電壓為1.0638Ue（系統(tǒng)電壓）
當電抗率為1%時，電容器運行電壓為1.0101Ue（系統(tǒng)電壓）
但如果按電抗率1%選擇，而系統(tǒng)中又存在較多諧波，由于電容器會對諧波呈現(xiàn)低阻抗性，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器電流有效值增大，溫升增高，引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞。甚至造成電網(wǎng)諧振的出現(xiàn)，對所連接的各種電氣設備都產(chǎn)生嚴重的危害。
為確保電容設備和供電系統(tǒng)的安全，我廠聯(lián)系了一家專業(yè)諧波測量公司對供電系統(tǒng)的諧波情況進行連續(xù)15天測量，并通過專用分析軟件對系統(tǒng)電壓及電流的諧波畸變情況進行了分析，結果表明三段10KV母線電壓總諧波畸變率均低于規(guī)程限定值（4%）。
注：THDu――電壓總諧波畸變率
諧波電流測試結果也均低于規(guī)程中的相應諧波次數(shù)的諧波電流值。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出我廠供電系統(tǒng)諧波含量較低。電壓總畸變率、電流諧波含量值等數(shù)據(jù)均大大低于國標強制規(guī)定。因此在選擇電容補償裝置時無需考慮用串聯(lián)電抗器來消除諧波，可以選擇1%電抗率，只用來抑制電容器的合閘涌流。
2、電容器額定電壓的選擇
電容器對電壓較為敏感，額定電壓選低了可能會影響電容器的使用壽命，額定電壓選高了電容器輸出容量將又將會受到影響。因此在充分考慮電容器本身電壓承受能力的情況下，要綜合考慮接入電網(wǎng)的運行電壓，還要考慮電容器回路串入電抗器時會使電容器端子上的電壓升高等影響。根據(jù)供電系統(tǒng)運行對電壓的統(tǒng)計情況看基本維持在10.1-10.4KV之間，而且串聯(lián)電抗器的電抗率已選擇為1%，因此電容器的額定電壓可保持11KV不變。
3、電容器額定容量的選擇
通過長期觀察記錄三段10KV母線在最大運行負荷下的有功功率、無功功率、視在功率及功率因數(shù)等選為參數(shù)選擇依據(jù)，具體數(shù)據(jù)如下表：
由于電力公司計量點在220KV變電所110KV側，因此需要將110/10KV變壓器的無功損耗考慮在內(nèi)，特別是變壓器負荷率較高的情況下。根據(jù)變壓器的無功損耗公式算得變壓器的無功損耗。具體見下表：
變壓器空載無功損耗：Q0=I0%*SN/100=0.121*63000/100=76KVAR
變壓器額定無功損耗：QN=UK%*SN/100=10.27*63000/100=6470KVAR，再根據(jù)負荷率計算負載無功損耗
（110/10KV變壓器主要參數(shù)為：SN =63000KVA，UK%=10.27%，I0%=0.121%）
根據(jù)以上量表計算結果，算得所選電容器額定容量如下表：
裝配電容器折算系數(shù)：K1= （Uc/Ue） 2* （1- K）=（11/10）2*（1-0.01）=1.2
Uc：電容器的額定電壓，根據(jù)上面分析取11KV
Ue：母線的額定電壓，取10KV
K：串聯(lián)電抗器電抗率，根據(jù)上面分析取1%
根據(jù)以上計算結果，并結合每只電容器的額定容量和實際運行負荷率等，一期變電所選擇的電容器額定容量為4500KVAR（9臺500KVAR），二期變電所選擇了兩套容量為6000KVAR（12只500KVAR）的電容器。
4、防止過補償措施
由于每段母線中有兩臺大功率電機配電回路，當其中一臺電機或兩臺電機同時因故障停運，而電容器仍在運行時，會造成該段母線過補償，由于過補償會產(chǎn)生抬高電網(wǎng)電壓、增加損耗等危害，
因此增加了防止過補償連鎖。即在電容饋線柜前面板安裝接線壓板1個，然后將兩臺大功率電機斷路器的常閉輔助觸點并聯(lián)后和壓板串聯(lián)接至電容饋線柜跳閘回路中。簡圖如下：
三、投運后效果及效益分析
三套新電容補償裝置投運后電力公司計量側總功率因數(shù)達到了預期的0.95，通過專業(yè)諧波測試公司對三段母線的諧波情況進行了復測，結果發(fā)現(xiàn)電壓總畸變率有了較大幅度的下降，系統(tǒng)電能質量得到了優(yōu)化。通過此次技改可以取得電力公司功率因數(shù)獎勵費用，又可以減少電力線路及變壓器的有功損耗，取得兩方面的經(jīng)濟效益。
1、電力公司功率因數(shù)獎勵費用
該技改項目自2011年11月份完成后，在短短8個月內(nèi)已經(jīng)累計得到電力公司的功率因數(shù)獎勵153萬元，收回了設備改造成本，達到了預期經(jīng)濟效果。
2、減少供電系統(tǒng)有功損耗
⑴ 減少變壓器有功損耗：功率因數(shù)提高后，降低了110/10KV變壓器的視在功率負荷率，減少了變壓器的有功損耗。根據(jù)變壓器有功損耗計算公式P=PK *（S/SN）2 （P：變壓器有功損耗， PK：變壓器額定負荷下有功損耗，S：變壓器運行視在功率，SN：變壓器額定視在功率）計算兩臺變壓器每月可減少有功損耗約1.3萬千瓦時。
⑵ 減少部分電纜的有功損耗：功率因數(shù)提高后會減小流經(jīng)電纜的電流，從而減少電纜的有功損耗。根據(jù)焦耳定律Q=I2*R*t（I：流經(jīng)電纜電流，R：電纜電阻，t：運行時間）計算，220KV變電所至110KV變電所電纜每月可減少有功損耗約1.3萬千瓦時，110KV變電所至10KV變電所電纜每月可減少有功損耗約8.3萬千瓦時。
在不考慮配電柜部分的有功損耗減少量的情況下，每年可減少電能損耗約130萬千萬時，折合標準煤455噸（等價值折標），節(jié)能資金約80萬元。
四、結束語
通過對我廠電容補償裝置主要參數(shù)的選擇和提高功率因數(shù)后在節(jié)能及經(jīng)濟效益方面的分析，希望能給用電量較大的企業(yè)帶來一定啟發(fā)，充分結合自己企業(yè)的實際情況，提高企業(yè)的功率因數(shù)，減少電能損耗，為構建節(jié)能型社會貢獻一份力量。
參考文獻：
并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范 GB 50227-2008
電能質量 公用電網(wǎng)諧波 GB/T14549-93
關鍵詞：功率因數(shù)開關電源功率因數(shù)校正
1. 前言
在開關電源出現(xiàn)以前，功率因數(shù)校正主要是為了解決在感性負載或容性負載電路中，電流和電壓不同相的問題，以提高電源的利用效率。在開關電源被廣泛使用之后，功率因數(shù)校正又有了新的內(nèi)容。
開關電源大都是在整流后直接用一個大容量的電容濾波，在濾波電容的充、放電作用下，電容兩端的直流電壓輸出略呈鋸齒狀的波紋。由于濾波電容上電壓的最小值遠非為零，與其最大值(波紋峰值)相差并不多，又因為整流二極管的單向導電性，只有在供電線路中交流電壓的瞬時值大于濾波電容上的直流電壓時，整流二極管才會因正向偏置而導通。而當AC輸入電壓瞬時值低于濾波電容上的電壓時，整流二極管又會因反向偏置而截止。也就是說，在AC線路電壓的每半個周期內(nèi)，只有在其峰值附近，二極管才會導通。因此，雖然供電線路中的輸入電壓大體保持了正弦波波形，但供電線路中的輸入電流卻呈尖峰脈沖狀。這種波形嚴重失真的電流中含有大量的高次諧波。由于要保證負載功率的要求，在二極管導通期間會產(chǎn)生極大的導通電流，使供電電路中的供電電流呈幅值極高的尖頂尖頂脈沖狀態(tài)，它不僅降低了對供電的利用效率，更為嚴重的是它在供電線路容量不足，或電路負載較大時會產(chǎn)生嚴重的交流電壓的波形畸變，并產(chǎn)生多次諧波，從而，干擾了其它用電器具的正常工作。
現(xiàn)在功率因數(shù)校正的含義，不再僅僅是解決供電的電壓和電流不同相位的問題，更要解決的是因供電電流呈強脈沖狀態(tài)，而引起的電磁干擾(EMI)和電磁兼容(EMC)的問題。
2. 什么是功率因數(shù)
在開關電源出現(xiàn)以前，功率因數(shù)主要是指電路中電壓和電流相位差的余弦值，開關電源出現(xiàn)以后，考慮到電路中有高次諧波成份，就把功率因數(shù)（PF）定義為有功功率(P)和視在功率(S)的比值。該公式為：
(1-1)
公式中：I1為輸入電流基波有效值；U1為輸入電壓基波有效值；IR為電網(wǎng)中電流的有效值，IR= ， 其中 I1、I2、…、In為輸入電流中1次、2次至n次諧波的有效值 ；γ定義為為輸入電流的波形畸變因數(shù)；稱為基波電壓和基波電流的位移因數(shù)。由此可見，功率因數(shù)的大小由輸入電流的波形畸變因數(shù)以及基波電壓和基波電流的位移因數(shù)共同決定。越小，則設備產(chǎn)生的無功功率就越大，設備利用電源的效率越低，導線和變壓器繞組中的感抗損耗就越大；γ 越小，表示設備輸入電流諧波成分越大，將造成線路中輸入的電壓波形畸變，對供電電網(wǎng)造成污染，使功率因數(shù)降低，嚴重時會干擾其他電子設備正常工作甚至造成電子設備的損壞。通常無源電容濾波二極管整流電路輸入端的功率因數(shù)只能達到0.65 左右 。從式(1-1)可見，抑制電路中的電流的高次諧波分量即可以減小γ，提高功率因數(shù)。如何抑制消除諧波對公共電網(wǎng)的污染、提高功率因數(shù)已成為每個開關電源設計工程師必須要考慮的問題。
3. 功率因數(shù)校正的方法
目前廣泛應用的改善功率因數(shù)的方法主要有以下幾種：
① 多脈沖整流法。它是利用變壓器對各次不同諧波電流進行移相，使奇次諧波（開關電源中的諧波主要是奇次諧波）在變壓器次級相互疊，進而消除諧波。這種方法主要應用于變壓器負載平衡時的低次諧波的濾除。
② 無源濾波法。利用一個濾波電感，串連在整流和濾波電容之間，或在交流電源輸入側接入一個諧振濾波器。該方法的主要優(yōu)點是電路結構簡單，成本低，穩(wěn)定性高，電磁干擾比較小；缺點就是是電感電容的尺寸大，重量大，功率因數(shù)改善有限（一般可提高到0.9左右），電路的工作性能與頻率、負載變化及輸入電壓有關，并且電感和電容間有教大的充放電電流等。該方法對抑制電路中的高次諧波有效，不過濾波設備體積龐大，而且運行的時候會受到系統(tǒng)阻抗的影響，若不使用調諧電抗器，就有可能會與系統(tǒng)中的電抗產(chǎn)生諧振。
③ 有源功率因數(shù)校正。它直接采用高頻的有源開關或采用AC/DC變換方法，迫使輸入電流成為和電網(wǎng)電壓同相位的正弦波。在整流電路和負載電路之間接入一個DC/DC開關變換器，采用電流負反饋技術，使輸入端的電流波形跟蹤交流輸入正弦電壓的波形，從而使供電線路輸入端的電流波形近似為正弦波，并與輸入的供電電壓同相位。該方法的主要特點是：可得到比無源濾波更高的功率因數(shù)，總諧波電壓的波形畸變小，可在較寬的電壓輸入范圍內(nèi)和更大的帶寬內(nèi)工作，電路的體積小、重量輕，輸出的電壓也可保持恒定。主要缺點是：電路結構復雜，平均無故障時間下降，成本較高，效率會有所降低等。
綜上所述，凡是能夠消除電路中的高頻諧波成份，改善輸入電流的波形，使其成為或無限接近于供電電壓的的正弦波形，就可實現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。
4. 功率因數(shù)校正電路的結構形式
目前，功率因數(shù)校正電路可以簡單的分成無源和有源兩種。無源功率因數(shù)校正電路，通常是在濾波電容之前，加上一個大容量的電感，由電感抑制電路中的高頻電流，進而改善功率因數(shù)，不過效率不高而且電路體積大而笨重。有源功率因數(shù)校正電路，往往是利用一個高頻開關，控制電流的的通斷，進而讓電流波形和電壓波形大體相似，以改善電路的功率因數(shù)。有源功率因數(shù)校正電路的特點是體積較小，重量輕，功率因數(shù)比無源功率因數(shù)校正電路的高。圖（1）給出了功率因數(shù)校正電路的三種不同的結構形式。
圖（1）
由于Boost電路結構簡單，實現(xiàn)成本低，所以它是目前應用最廣泛的功率因數(shù)校正電路。除了上述特點以外，在Boost電路中與整流橋串聯(lián)的電感能減小高頻噪聲，減小輸入濾波器的體積，從而降低了成本。
Boost拓撲結構的功率因數(shù)校正電路工作在連續(xù)電流模式（也就是說輸入端的電感電流在整個切換周期內(nèi)是連續(xù)導通的），利用輸入電容Ci可減少切換時所造成的雜信號回流至交流電源。此外，Boost電感只儲存一小部分的轉換能量，因為交流電源在電感去磁 期間，即MOSFET在關斷期間仍持續(xù)供給能量，所以與其他拓撲結構相比，Boost拓撲結構只需較小的電感。
5. 小結
隨著開關電源的快速發(fā)展和大量應用，人們對功率因數(shù)校正電路的研究也越來越深入和全面?，F(xiàn)在市面上已經(jīng)有了很多的功率因數(shù)校正集成模塊，人們已經(jīng)能夠很容易的利用這些模塊來設計簡單而又高效率的開關電源電路。但是，人們并沒有停止繼續(xù)探索，還有很多學者和工程師們在這個領域繼續(xù)著創(chuàng)新和進步。
參考文獻：
[1]張占松，蔡宣三開關電源的原理與設計．北京：電子工業(yè)出版社，1998
[2]嚴百平等，不連續(xù)導電模式高功率因數(shù)開關電源．北京：科學出版社，2001
[3]毛興武，祝大衛(wèi)電子鎮(zhèn)流器原理與制作．北京 ：人民郵電出版社，1999
摘 要：介紹了基于ATMEGA16的高精度低壓無功功率補償器。該控制器采用數(shù)字檢測電路來獲取電網(wǎng)電壓與電流的相位差，從無功補償?shù)脑沓霭l(fā)，設計控制器的軟硬件。使該系統(tǒng)在應用中實現(xiàn)了對電網(wǎng)功率因數(shù)的及時補償和實時監(jiān)測，適用于目前企業(yè)用戶進行無功功率補償。
關鍵詞：功率因數(shù)；無功補償；單片機
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)中使用的感性負載也愈來愈多，如感應式電動機、變壓器等。這些設備在工作時不但要消耗有功功率，同時需要電網(wǎng)向其提供相應的無功功率，造成電網(wǎng)的功率因數(shù)偏低。在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器可以減少電網(wǎng)向感性負載提供的無功功率，從而降低輸電線路因輸送無功功率造成的輸電損耗，改善電網(wǎng)的運行條件，因此功率因數(shù)補償控制器一直有著廣闊的應用市場。本文所介紹的功率因數(shù)補償控制器符合JB/T9663－1999國家標準，主要功能有：（1） 相序自動識別（2） 電壓、電流、功率因數(shù)采樣與顯示（3） 過壓解除、欠流封鎖，從而保護電容器及避免循環(huán)投切（4） 采用先投入的先切除，先切除的先投入的原則，對補償電容實行循環(huán)投切（5） 所有的工作參數(shù)都可以通過面板按鍵設定，包括投入門限、切除門限、過壓保護門限、欠電流封鎖門限、投切延時時間 一、 工作原理采樣三相電源中一線電流（如A線）與另外兩線的電壓（如BC線）之間的相位差，通過一定的運算，得到當前電網(wǎng)的實時功率因數(shù)。此功率因數(shù)與設定的投入門限和切除門限比較，在整個投切延時時間內(nèi)，若在投切門限以內(nèi)，則不予動作；若小于投入門限，則另投入一組電容器；若大于切除門限或發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)為負時，則切除一組已投入的電容器。再經(jīng)過投切延時時間，重復比較與投切，直到當前的功率因數(shù)達到投切門限以內(nèi)。在投切過程中，若發(fā)現(xiàn)檢測到的電壓大于設定的過壓保護門限，則按組切除所有已投入的電容；當檢測到的電壓超過設定的過壓保護門限的10％時，則一次性切除所有已投入的電容，用以保護電容器。在投切時若發(fā)現(xiàn)檢測到的電流小于欠電流封鎖門限，則停止投切動作，避免系統(tǒng)出現(xiàn)循環(huán)投切現(xiàn)象。由于在三相供電中有不同接線方法，不同的接線方法對功率因數(shù)的算法也不一樣，因此我們規(guī)定ARC系列功率因數(shù)自動補償控制儀的電流取自三相供電中的A線，電壓取自BC間的線電壓，同時為減少現(xiàn)場接線的復雜度，我們在程序中對相位進行自動判別。在三相供電中，我們假設三相的相電壓分別為Ua、Ub、Uc，A線電流為Ia則有Ua=Usin(ωt)，Ub=Usin(ωt+120º)，Uc=Usin(ωt+240º)，從而得到BC間的線電壓為Ubc=Ub-Uc= Usin(ωt-90º)若A線負載為純阻性，則A線電流Ia與A線電壓Ua同相，Ia超前Ubc的角度為90º；若A線負載為感性，則A線電流Ia滯后A線電壓Ua角度為φ（0º≤φ≤90º），Ia超前Ubc的角度為90º-φ；若A線負載為容性，則A線電流Ia超前A線電壓Ua角度為φ（0º≤φ≤90º），Ia超前Ubc的角度為90º+φ在我們的ARC功率因數(shù)自動補償控制儀中，為了計算的方便，我們電流相位的采樣為電壓采樣的第二個周期，即若沒有相位差Ia滯后Ua的角度為360º。在實際檢測中，假設我們檢測到Ia滯后Ubc的角度為α，根據(jù)以上的分析得知：若180º
二、 硬件的設計控制器的CPU采用ATMEL的ATMEGA16-8L，此單片機工作電壓范圍寬（2.7 - 5.5V），最高工作頻率為8MHz；芯片內(nèi)部具有16k字節(jié)的Flash程序程序存儲器，512 字節(jié)的EEPROM，1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM；8路10 位ADC；一個可編程的串行USART，具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器；兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8 位定時器/ 計數(shù)器 ；一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時器/ 計數(shù)器。顯示芯片采用南京沁恒公司生產(chǎn)的鍵盤、顯示專用芯片CH451S，CH451S最大能驅動8為數(shù)碼管，且不需外加驅動就能直接驅動LED數(shù)碼管，大大減小了印板尺寸，單片機的采用SPI模式，只需3線（片選CS、時鐘CLK、數(shù)據(jù)輸入DIN），因本系統(tǒng)未用CH451S的鍵盤功能，所以CH451S的DOUT引腳不用。Ubc的電壓信號經(jīng)過電阻限流進入2mA/2mA的隔離變換器后分為兩路，一路進入模擬絕對值處理電路送入單片機的A/D轉換口ADC0，作為電壓顯示信號，另一路經(jīng)過零比較后進入單片機中斷口INT0；同樣Ia的電流信號經(jīng)5A/5mA的隔離變換器后分為兩路，一路進入模擬絕對值處理電路送入單片機的A/D轉換口ADC1，作為電流顯示信號，另一路經(jīng)過零比較后進入單片機定時器門控端ICP引腳。
三、 軟件的設計因整個系統(tǒng)對電壓、電流采樣的精度要求不高，我們直接用CPU的10位A/D對電壓、電流的信號進行A/D轉換，轉換的結果一方面供顯示的需要，另一方面作為過壓與欠流的比較信號。我們將INT0設置為上升沿產(chǎn)生異步中斷，ICP設置為上升沿觸發(fā)輸入捕捉。當INT0產(chǎn)生中斷時，16位計數(shù)器開始以內(nèi)部恒定的頻率開始計數(shù)，直到下一中斷的產(chǎn)生。在計數(shù)的同時，當TCP上有上升沿脈沖時，即將16位計數(shù)器已計得的數(shù)據(jù)放入到捕捉寄存器中。當一個采樣周期結束時，計數(shù)器中得數(shù)據(jù)(N)即為外部交流信號的一個周期基數(shù), 捕捉寄存器中數(shù)據(jù)（n）電流Ia滯后電壓Ubc的基數(shù)，將(n/N)*360º即為角度，根據(jù)上面的原理就可判斷在同一周波中時電壓超前電流還是電流超前電壓，同時還可得出超前或滯后的角度，將此數(shù)據(jù)進行查表即可得到功率因數(shù)。為了避免對電容器組中的某一組進行頻繁的投切，平衡每一組電容器的工作時間，延長整個系統(tǒng)的使用壽命。我們對電容器的投切采用先投入的優(yōu)先切除，先切除的優(yōu)先投入的原則，我們在單片機的RAM中開辟了一空間，用于記錄每組電容器的投入與切除時間，然后進行排序，將已工作時間最長的作為優(yōu)先切除對象，將切除時間最長的作為優(yōu)先投入對象。當三相交流的負載回路電流非常小時，會產(chǎn)生投切振蕩的現(xiàn)象。也就是說控制系統(tǒng)投入一組電容器會產(chǎn)生過投，切除一組電容器又會產(chǎn)生投入不足，控制器就會產(chǎn)生重復的投切現(xiàn)象。為避免此想象的發(fā)生，我們設置了欠電流鎖定，當電流值小于此數(shù)值時，系統(tǒng)將停止對電容器的投切動作，維持已投入的電容器工作。在工作過程中，若采樣到的電壓數(shù)據(jù)大于設定的過壓保護值時，控制器將逐步切除已投入的電容器，若發(fā)現(xiàn)超過設定的保護值的10％時，則一次性切除所有已投入的電容器，保護電容器。
【關鍵詞】平均功率因數(shù) 更正系數(shù) 退補電量
隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電能需求量的日益增加，電力客戶逐步增多，電能計量裝置接線的準確要求不斷提高，計量是否準確不但影響到供電企業(yè)形象和聲譽，而且直接關系到供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。電能表的計量準確性可以通過電能計量裝置檢定機構的校驗得到保證。而現(xiàn)場接線的準確性，不僅受裝表人員的工作責任心、業(yè)務水平及工作的熟練程度的影響，而且還由于電力客戶的法律、法規(guī)意識淡薄，有意竊電致使計量裝置錯誤接線，直接影響到計量的準確性，而在正常工作中偶爾也會出現(xiàn)計量接線錯誤，這種情況也不可能完全避免。面對這些情況，我們應如何采用公平、公正、合理的方法彌補對國家、企業(yè)、或個人造成的損失，下面我就談談平均功率因數(shù)的確定對退補電量的影響。
一、確定平均功率因數(shù)的方法
1.計量差錯期間的功率因數(shù)按《供電營業(yè)規(guī)則》上的力率調整標準取值。依據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》第41條力率調整標準。（100千伏安及以上高壓供電的用戶的功率因數(shù)為0.9以上，其它電力用戶和大、中型電力排灌站、躉轉售電企業(yè)功率因數(shù)為0.85以上，農(nóng)業(yè)用電功率因數(shù)為0.8）。
2.取某一時間段客戶的平均功率因數(shù)值。例如：一高壓用戶正常情況下，5個月的功率因數(shù)分別為0.95、0.94、0.95、0.95、0.94，平均功率因數(shù)=（0.95+0.94+0.95+0.95+0.94）/5=0.946。
3.確定用戶計量差錯期間的平均功率因數(shù)，應根據(jù)計量差錯期間所計量的有功電量及無功電量進行推算。
二、確定平均功率因數(shù)正確方法
1.多功能電子表正確接線時的功率表達式
（1）三相三線多功能電子表
B.無功功率表達式
三相三線多功能電子電能表無功計量采用電壓移相。
（2）三相四線多功能電子表
三、計量裝置故障期間退補電量的計算
由平均功率因數(shù)得出角的值
由上述看出：的取值直接影響更正系數(shù)（G），影響退補電量計量計算的準確性、公正性和公平性
四、舉例說明
三相三線多功能電子表的錯誤接線為：
有功功率表達式：
五、案例分析
1.南通某制革有限公司，因電纜短路故障，導致高壓CT（C相）二次側無電流，CT比為40/5安培。故障期間有功電量=kWh，無功電量=kvarh
2.功率因數(shù)取值不同的比較：
A.如依據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》第41條力率調整標準取功率因數(shù)為0.9，代入公式
B.如用未發(fā)生故障前幾個月的功率因數(shù)作為依據(jù)，像這個用戶未發(fā)生故障前5個月，功率因數(shù)分別為0.94、0.94、0.93、0.94、0.93其平均功率因數(shù)為0.936，代入公式
3.從以上計算中可以清楚地看到功率因數(shù)0.85和功率因數(shù)0.9、0.936，雖然在數(shù)值上僅相差0.05、0.086，但最后計算結果卻相差106071kWh、181348kWh，這是一個很大的數(shù)字，從這個事例中就可以充分說明了平均功率因數(shù)的確定對退補電量有很大的影響。
六、結束語
電能是一種商品，電能計量裝置則是一把秤，它的準確與否，直接關系到供用電雙方的經(jīng)濟利益。計量是一項嚴謹?shù)墓ぷ鳎枰覀円载撠煹膽B(tài)度、求實的精神認真對待這項工作。平時多觀察、多留心，遇到問題，多思考，多看書，完善自己的專業(yè)知識，提高專業(yè)技能、業(yè)務水平，理論分析聯(lián)系實際，當計量裝置故障差錯時，我們就能運用專業(yè)知識，采用科學的方法給出一個合理的解釋和解決辦法。
參考文獻：
[1]《電能計量技能考核培訓教材》
【關鍵詞】功率因數(shù) 實驗式教學 并聯(lián)電容
電路的有功功率和視在功率的比值叫作功率因數(shù)。在供電系統(tǒng)的負載中，就其性質來說，多屬于感性負載，由于感性負載的電流滯后于電壓，功率因數(shù)總是小于1。如經(jīng)常使用的異步電動機、控制電路中的交流接觸器，其功率因數(shù)較低，一般在0.7―0.85左右。那么怎樣提高電感性電路的功率因數(shù)呢？下面通過一個典型的日光燈電路進行分析。
一、日光燈電路
日光燈電路由燈管、鎮(zhèn)流器、啟輝器組成。日光燈燈管是一個在真空情況下先充有一定數(shù)量的氬氣和少量水銀的玻璃管。管的內(nèi)壁涂有熒光材料，兩個電極用鎢絲繞成，上面涂有一層加熱后能發(fā)射電子的物質。管內(nèi)氬氣既可以幫助燈管點燃，又可延長燈管壽命。鎮(zhèn)流器是一個帶有鐵芯的電感線圈。在燈管啟輝器瞬間產(chǎn)生一個較高的自感電動勢與電源疊加，加在燈管兩端助其點燃，在燈管正常工作時，起到穩(wěn)壓限流的作用，避免電流過大而燒毀燈絲。啟輝器里面有氖泡與兩個電極。氖泡內(nèi)充有氖氣;兩個電極一個是固定的靜觸片，另一個是用膨脹系數(shù)不同的雙金屬片制成的倒U型可動的動觸片。
工作過程：當開關接通的時候，電源電壓立即通過鎮(zhèn)流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220V的電壓立即使啟輝器的惰性氣體電離，產(chǎn)生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹，兩觸片接觸。電流通過鎮(zhèn)流器、啟輝器觸片和兩端燈絲構成通路。燈絲很快被電流加熱，發(fā)射出大量電子。這時，由于啟輝器兩觸片閉合，兩極間電壓為0，輝光放電消失，啟輝器內(nèi)溫度降低，雙金屬片自動復位，兩觸片分開。在兩觸片斷開的瞬間，電路電流突然切斷，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動勢，與電源電壓疊加后作用于燈管兩端。燈絲受熱時發(fā)射出來的大量電子，在燈管兩端高電壓作用下，以極大的速度由低電勢向高電勢端運動。在加速運動的過程中，碰撞管內(nèi)氬氣分子使之迅速電離。氬氣電離生熱，熱量使水銀產(chǎn)生蒸汽，隨之水銀蒸汽也被電離，并發(fā)出強烈的紫外線，在紫外線的激發(fā)下，管壁內(nèi)的熒光粉發(fā)出近乎白色的可見光。
二、功率因數(shù)低的原因
大多數(shù)負載都屬于電感性的，即既含有R又含有L。電源與負載之間存在能量交換。電路中存在電感，若感性越強，即電感L越大時，感抗會隨之增大，由于是串聯(lián)電路，那電感兩端的電壓UL也會越大，在相量圖中總電壓與總電流的夾角也會增大，這樣直接導致功率因數(shù)cos的減小。功率因數(shù)不高的根本原因就是電感性負載的存在。
三、提高功率因數(shù)的意義
（一）充分利用發(fā)電設備的容量
例1.一臺容量為1000VA（視在功率）的發(fā)電機，如果cos=0.6，能接幾盞功率為100W的白熾燈？如果cos=0.9，能接幾盞功率為100W的白熾燈？
當cos=0.6，能接100W的白熾燈6盞。
當cos=0.9，能接100W的白熾燈9盞。
因為P=UIcos，當電源容量S=UI一定時，功率因數(shù)cos越高，其輸出的功率越大。
（二）減少耗材
例2.某電站以U=220kV的高壓向某地輸送P=240MW的電力，若輸電線路得總電阻R=10Ω，試計算當功率因數(shù)由0.6提高到0.9時，輸電線上一年少損耗多少電能？
解：當功率因數(shù)為0.6時，端口的電流為
當功率因數(shù)為0.9時，端口的電流為
一年中輸電線上可以少損耗的電能
線路損耗減少，可以使負載電壓與電源電壓更接近，電壓調整率更高。在線路損耗一定時，提高功率因數(shù)可以使輸電線上的電流減小，從而可以減小導線的截面，節(jié)約銅材。
四、提高功率因數(shù)的方法
提高功率因數(shù)需減少電源與負載之間的能量互換。對于電感性負載，通常采用的方法是將電容與負載并聯(lián)。
圖1 電感性負載并聯(lián)電容
圖2 電感性負載并聯(lián)電容相量圖
提高功率因數(shù)的原則：必須保證原負載的工作狀態(tài)不變。即加至負載上的電壓和負載的有功功率都不變。分析實驗數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)電路中總電流減小，視在功率減小，而功率因數(shù)得到了提高。原感性支路的工作狀態(tài)沒有發(fā)生變化，電路的有功功率不變。并聯(lián)電容時一定要注意電容量要適當，所謂適當電容的電容量通過推導滿足如下公式：
C=（tanφ1-tanφ）
其中，P為有功功率，為角頻率，U為電壓有效值，是并聯(lián)電容前對應的角度，是并聯(lián)電容后對應的角度。
本文從實驗的角度出發(fā)，通過典型的日光燈電路貫穿各個知識點的學習，將復雜的問題簡單化，能夠通過實驗數(shù)據(jù)方便的分析出功率因數(shù)不高的原因以及提高功率因數(shù)的方法，并且增強了學生儀器儀表的使用能力，對高職類的教學有一定的借鑒意義。
【參考文獻】
[1]沈裕鐘.電工學[M].北京：高等教育出版社，2007：136-138.
Abstract： Taking the compensation means and characteristics of the electric locomotive modern power factor as the basis， this paper analyzed interference to harmonic current brought by Shaoshan 4-modified electric locomotive and low power factor， interpreted the power factor compensation and harmonic suppression method of electrified railway and the fundamental principle， designed and implemented power factor compensation device of Shaoshan 4-modified electric locomotive， put forward the switching process and principles of compensation device through the application effect analysis of power factor compensation device， and eventually reached the protection and compensation purpose of electric locomotive device.
關鍵詞： 電力機車；功率因數(shù)補償；電流干擾
Key words： electric locomotive；power factor compensation；current interference
中圖分類號：U26 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）31-0038-02
1 電氣化鐵道的功率因數(shù)補償及諧波抑制主要方法
1.1 改變電力機車的電傳動方式，使其不產(chǎn)生諧波，且控制其功率因數(shù)為1 該方法的主要目的是將電力機車的直流電機拖動變換為異步電機拖動，這種變換是通過變壓變頻來實現(xiàn)的。怎樣才能達到變壓變頻的效果呢？隨著自關斷器件和晶閘管強迫關斷技術發(fā)展，功率半導體變流器通過控制系統(tǒng)和脈寬調制技術可以實現(xiàn)。
首先，工頻交流電通過接觸網(wǎng)的輸入，經(jīng)牽引變壓器與四象限變流器將其轉換為直流。最后形成由負載側三相逆變器實現(xiàn)的變壓變頻提供異步牽引電動機的交直交電傳動系統(tǒng)。
目前，發(fā)達國家交流傳動機車的生產(chǎn)模式逐漸使用流水線式的生產(chǎn)，我國也已經(jīng)開始著力于交直交電力機車的生產(chǎn)，隨著科技水平的提高，社會科技的發(fā)展，交直交電力機車已經(jīng)邁向成熟并成為未來發(fā)展的方向。
1.2 裝設功率因數(shù)補償及諧波抑制裝置 目前，需要引起我們注意的是，相控電力機車在使用過程中會出現(xiàn)無功和諧波的情況，當前，解決這一問題的最好辦法就是安裝功率因數(shù)補償以及諧波抑制裝置。
目前，我國關于電氣化軌道方面進行的補償措施，主要針對的是無源無功補償，也就是在裝設LC調諧濾波器的協(xié)助下，進行無功補償、抑制諧波。它的某些優(yōu)點（如并不復雜的結構、成熟的技術和器件）大體上是可以平衡補償某些不足的（如濾波特性對電網(wǎng)和負載參數(shù)的依賴等），并且它的維護方便，同時能夠補償無功和抑制諧波，是目前國內(nèi)最基本的應用手段。
在電氣化軌道上運用無源功補償裝置時，有兩種基本方式。第一種是把這種無源功補償裝置安裝在機車上。不僅能夠補償無功，而且還可以通過3到5次調諧諧波附近來抑制諧波。
在SS系列機車上，用的是基于晶閘管投切的無源無功補償裝置，不僅無功補償?shù)男Ч芎?，濾波效果也不錯。第二種是牽引變電所并聯(lián)補償裝置。在補償無功的同時增加電感到3次調諧諧波附近，可抑制3次諧波。變電所目前普遍采用真空開關投切補償裝置的方式，缺點是不能頻繁進行投切。
2 功率因數(shù)補償和諧波抑制諧波的基本原理
機車電路中當出現(xiàn)超前電壓向量或者滯后的電流向量時，說明電感性充當了正弦交流電路中的負荷，其中相移因數(shù)就是兩者之間的夾角余弦。我們還可以這樣定義相移因數(shù)，在非正弦交流電路中，像電力機車的整流電路，因為有平波電抗器，所以來在接觸網(wǎng)的正弦電壓因為有了整流器的存在出現(xiàn)了畸形的電流波，通過傅里葉計算將這些畸形電流波逐個分解為電流諧波分量，從而出現(xiàn)了電壓向量和基波成分電流向量之間出現(xiàn)了一個夾角，這個夾角的余弦值為相移因數(shù)。因此，運用并聯(lián)功率因數(shù)補償裝置可以有效改善電力機車的功率因數(shù)，即通過電容器的容性電流來提高電壓向量和基波成分電流向量之間夾角余弦值，同時，為了減少電網(wǎng)中畸形電流的產(chǎn)生，還要使用諧振濾波裝置將諧波電流分流。
3 SS4G電力機車功率因數(shù)補償裝置的設計與實現(xiàn)
設計要求：①該機車在特定工況下，需取用特定電流的諧波含量要求。比如持續(xù)制牽引，所取用電流的3次諧波含量不能超過10%。
②在特定工況下的功率因數(shù)控制。比如在牽引或加饋制動工況的機車其額定功率若大于50%，功率因數(shù)應要大于0.9，其額定功率若小于50%，要求功率因數(shù)補償和校正裝置能自動投切。
③針對SS4G電力機車，我們可以在其四個牽引繞組上各并聯(lián)一個基于L-C功率因數(shù)補償?shù)难b置。該裝置可以降低機車的3次諧波分量，提高機車功率因數(shù)。它的組成方式是兩個可控硅組成的無觸點開關。設置QS故障隔離開關，確保機車故障時能夠停止動作。設置1KM真空隔離開關，以保護、隔離可控硅開關的擊穿、失控。
④確保PFC裝置正常運轉，首先應將故障隔離開關盒真空隔離開關閉合。
⑤司機取出鑰匙后，為了保障生命安全，核實PFC裝置有沒有正常使用，關閉真空隔離開關，LC通過電阻快速放電。
SS4G電力機車主電路總共安裝4組補償裝置，這4組補償裝置的功率因數(shù)是一模一樣的。并分別裝配在主變壓器次邊牽引繞組上。
4 功率因數(shù)補償裝置的應用效果分析
通過多角度的控制，在安裝功率因數(shù)補償裝置之前，以及安裝之后，都要對變壓器次邊繞組電流波形進行試驗，通過實驗可知道電流波形明顯的變化了，補償效果也非常明顯。其中半控橋與機車主變壓器次邊的一段繞組相聯(lián)，使次邊繞組電壓與變壓器次邊繞組接觸網(wǎng)一側的等效電感進行換算，由結果我們可以看到它是一個與機車牽引變電站距離有關的變量。不考慮電阻，機車主變壓器換算到次邊繞組的漏電感用LT來表示，諧波支路的諧振電感用L表示，電容用C來表示，直流回路的平波電抗器電感用La來表示，主變壓器次邊繞組電流用1來表示，諧波支路電容電流用I來表示，直流回路平均輸出電流用Id來表示，電壓用Ud來表示，那么直流輸出功率可用公式Pd=Ud*Id來表示。
控制角>90°時變壓器繞組內(nèi)電流1的波形，沒有安裝功率因數(shù)補償裝置時，直流負載電流Ia可通過二級管進行續(xù)流，變壓器繞組電流i=0，僅當T=90°時，晶閘管觸發(fā)導通，才有負載電流Ia流經(jīng)變壓器次邊繞組，安裝了功率因數(shù)補償裝置后，盡管在t
5 功率因數(shù)補償裝置投切及控制
補償控制板是一塊微機板，它是由電路PSD和215單片機組成。通過該控制板可以將無量功計算出來并對各種邏輯動作進行判定，對晶閘管開關投切和PFC接觸器起決定作用，同時能實現(xiàn)PFC動作保護和故障顯示。在整個電路中，提供模擬信號向形成信號或者數(shù)字信號轉換的裝置為補償接口板，同時可以將系統(tǒng)的數(shù)字信號轉換為模擬信號，用來判別晶閘管的過零時刻，同時可以監(jiān)測PFC裝置電流。
6 結論
為了改善變壓器繞阻內(nèi)部的電流形態(tài)，補償裝置要并聯(lián)在主變壓器次邊牽引繞阻上，在三次諧波的準諧振點處設計諧振支路，可以吸收電力機車整流器產(chǎn)生的非線性負載諧振電流。此外，基波容電流是在基波網(wǎng)壓的作用下L-C諧波電路產(chǎn)生的，它能夠補償相控整流機車滯后的負載電流，所以對電力機車的相位點數(shù)進行了改變，最后提高了電力機車的功率因數(shù)。
參考文獻：
[1]Dallas Semiconductor. DS1302 Trickle charge timekeeping chip specification [EB/OL].[2002-01-12].
[2]IMP.IMP809/IMP810 3-Pin Microcontroller Power Supply Supervisor specification. [EB/OL].[2003-01-15].
[3]H.Boterenbrood.CANopen high-level protocol for CAN-bus Version 3.0. 2000，03.
[4]Wolfhard Lawrenz.CAN System Engineering：From Theory to Practical Applications.2007.
[5]侯玨.電氣化鐵路電能質量問題及治理研究[D].安徽大學， 2011.
[6]陳青華.牽引供電系統(tǒng)綜合補償技術應用研究[D].西南交通大學，2008.
