摘要：功率因素能够真实地反应工厂的经济效益与电力系统的稳定性。本文主要分析了工厂供电系统无功补偿技术。该技术在提高功率因数的同时，提高了供电质量，节约了成本，实现“少电高产、高效节能”的运行模式。
关键词：无功补偿；工厂供电；功率因素
目前，国内工业用电量远远超过居民用电，占全国发电总量的70%，其中仅供电线路、电气设备的耗电量就占到了20%-30%。电力系统的稳定性对于企业的经济效益，安全运行至关重要。随着无功补偿技术越来越完善，无功补偿技术在工厂供电领域的应用降低了工厂运行成本，提高了供电稳定性。
1.功率因数
功率因数与电路的负荷有直接关系，能够反映电气设备使用的有功功率与实际功率的比值，是供电系统一项重要指标。相关的行业标准指出：高压供电工厂，功率因数在最大负荷时应大于等于0.90，其他工厂功率因数需大于等于0.85。对于电力系统，发电机是依据额定电压、额定电流进行设计，在发电机运行过程中，电流、电压需保持在额定电流、额定电压范围内，否则发电机的寿命将会缩短。由于发电机的额定功率由额定电压与额定电流之积确定，即P=U×I×cosφ。设备用电时，若负载为容性或感性，cosφ<1，发电机就得不到充分利用，为了提高发电机容量以及寿命，就必须提高功率因数。
2.产生功率因数的主要原因
交变电流为设备运行提供电能时，电能损耗包括有功功率损耗与无功功率损耗，减少设备的无功功率能耗实际上就是提高功率因数。功率因数的大小主要由感性设备的无功损耗、变压器空载无功损耗、变频器、供电线路等因素所决定。①由感性设备带来的影响：常见的导致无功功率的电力设备有变压器与电动机，异步电动机的转子与定子之间的空隙是使得发电机在运行时出现无功功率消耗的关键要素。依照相关调查显示，在工厂中全部消耗的无功功率之中，其中异步电动机的损耗量高达总消耗量的一半以上。变压器实现对电压的改变是通过电磁感应而达成的，其中变压器所耗费的无功功率大约为其额定功率的14%。②电压过高带来的影响：若是供电的电压太高，超过额定电压时，将会对功率因素带来极大的影响。一旦供电电压超过特定范围时，由于磁饱和的原因，功率因数也会下降，当供电电压低于额定范围时，功率因数增大，使得设备运行会受到影响。③变频器的影响：当变频器处于运行状态时，会产生高次谐波，不但会使得电气设备的正常运行受到干扰，同时还会大量损耗无功功率，造成功率因数降低，情况严重时会使得附近的电力设备全部陷入瘫痪。④电网线路的影响：当交流电经过电网线路时，会由于线路的自身阻抗而出现损耗。
3.无功补偿
3.1无功补偿的定义
由变压器、发电机所带来的电压负荷是感性负荷的一种，这些设备在运转的时候需要一定的能量来催动，这一能量便是即无功功率。一般情况下，电网中设置并联式的电容器这类补偿设备之后，就可以对无功功率进行补偿，能够有效地降低电源因为感性负荷以及线路的电能运送而出现的无功功率，因此降低了输送的无功功率，即无功补偿。
3.2无功补偿的意义
无功补偿能够有效的减少线路的电能运送和变压器因为无功功率而出现的电能消耗，对无功功率进行补偿具有下述作用：其一，能够有效的使得电网中的有用功率的总比例得到提高；其二可以降低发电和供电设备的额定容量，减少成本的支出。比如，当功率因数从cos 1=0.75 上升至cos2=0.90时，使用1Kvar电容器对无功功率进行补偿便能够节约0.52 KW的设备容量。因此，新建或改建供电线路时，应考虑无功补偿以减少设计容量与投资。
4.无功补偿提升功率因数的措施
使用并联电容器组进行无功补偿和使用同步调相机进行无功补偿，是无功补偿的两大措施。在工厂之中通常会使用并联电容器组做无功补偿，又可以细分为高压集中补偿、低压分散补偿以及就地补偿三种方式。其中就地补偿也可以称为随机补偿，主要是指在电动机等电气设备中设置电容器，并设置相应的控制开关，这样能够达成同时开闭的目的，主要用于大功率低压电机中；低压补偿是指在低压线路前端安装电容，能够明显的提高电容利用率；高压集中补偿指在输电电路母线上安装电容器以提高供电质量，改善用电单元总的功率因数，其所需的设备投资较大。
4.1补偿容量分析计算
补偿容量与补偿前后的功率因数 cosφ1、cosφ2 以及电力负荷大小有关，计算补偿容量时，以最大负荷为准计算平均无功功率与有功功率。
功率因数从 cosφ1 增加至 cosφ2时，电容器的补偿容量可由公式1进行计算，
确定补偿容量Qc后，依照并联电容器容量Qc1由公式2分析得出所需要的并联电容器的总量。
在面向三相电容器的时候，其获得的数值需要直接取最相近且较大的整数，而对于单项电容器，n值需要设置为3的整数倍，这样能够方便其与三相电容器之间展开分配。如果，单相电容器具有与电网的额定电压相同的电压值，那么电容器就需要使用三角形的方式展开接线工作；如果，电容器电压要小于额定电压，则应当使用星形进行接线。在型号配置完全一致的电容器使用三角形作为接线结构，这时获得的无功补偿为使用星形的三倍。而若是补偿容量一致的时候，使用三角形作为接线结构，相较于星形结构能够节省30%左右的电容值。所以，电容器在接线时应当尽量使用三角形的接线方式。
在设备运转的时候，其电压与额定电压存在差异，电容器的实际补偿容量会比额定容量更低，因此需对额定容量修正（公式3）。
4.2无功补偿节能计算
无功补偿能够有效的减少电网运送电能时出现的无功损耗。在国内，电力监管部门有明确的规章要求工厂电力用户的功率因数为0.9，如果电力用户对无功功率进行补偿，就会提高供电系统的功率因数，供电部门将会依照用户的每月使用电量的0.15%给予奖励。得到的奖励根据公式4进行计算
为了使节省的能源消耗得到量化，在计算节能数值时，应用了无功经济当量这一理念，即指电网内部的某一点，由于无功功率得到降低，而使得有功功率就此提升。这一数值与电网中的等值电阻数值是正比例的关系，与电压的平方是反比例关系。所以，补偿电容与电源电气设备之间的距离越长，效果越显著。比如，在某一处安设无功补偿电容器之后，线路以及电源的变压器的无功功率损耗就会降低，造成这一位置的串联元件的线路损耗减少，依照补偿点的无功经济当量对消耗的电量进行分析，节能效益为
结束语：
众所周知，功率因数对于供电系统和用电系统而言是一项十分关键的经济性标准，因此探究对功率因数造成影响的要素，并分析如何增大功率因数具有十分重要的意义。就本文论述内容可以得知，无功补偿能够降低能耗，提高工厂效益；此外，本文还介绍了补偿容量的具体分析计算方法；无功补偿提高功率因数的具体方法有安装并联电容器组进行补偿与采用同步调相机进行补偿；最后，通过无功补偿进行了节能计算。
参考文献：
[1]赵玉刚.浅析工厂供电系统无功补偿问题[J].科技创新与生产力，2014（9）：42-43.
[2]杨杉，石松，李程，等.光伏电站的无功补偿技术[J].电力电容器与无功补偿，2016，37（1）：51-55.
论文作者:侯磊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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