功率因数对供电系统的影响分析及无功补偿

且 电容 器在 用 电设 备停 止 工作 时也 被 一并 切 除 ， 利用 率 不 高， 同时增 加 了管 理上 的不便 ，所 以仅 适用 于 个别 容量较 大 且位 置 单独 的负荷 。
当装 有 就地 补偿 电容 器 的单 台异 步 电动 机 突
（
式 中， 为实 际补 偿容 量 ； 为额 定补 偿容 量 ； 为 电容 器 实 际工作 电压 ；ｕ 为 电容器额 定 电
设移相 电容 器组 ，只 能补偿 ６ ｌｋ 母线前 所有 －ＯＶ 向该母 线供 电的线路 上 的无功 功率 ，而 母线 后 的
线变化 越来 越慢 ，所 以在 工程 实际 中 ，如 果要 求
用户将 功率 因数提 高到 ０ 以上 ，将大大 增加 电 ． ９
容 设备 的投 资 ，带来 的经济 效益 却并 不显著 ，供 电部 门一般 要求 用户将 功率 因数保 持在 ０９左右 。 ． 由图 ５可 以看 出，随着 并联 电容值 的增 加 ，
２ 功 率 因数 对 供 电系统 的 影 响 分 析
在图 １ 设Ｕ＝２ ０ ｏ ３４ ， 中， ２ ４２ ｓ １ｔ 在并联 ｃ Ｖ
电容 Ｃ 之前 ， Ｌ Ｒ 串联负 载 的有功 功 率Ｐ １ｋ ，功 ＝０Ｗ 率 因数 ｃ ｓ ＝０６。根据 功 率 三 角形 ，可 以得 到 ｏ￣ ． ｂ 功 率 因 数 与 并 联 电容 以及 功 率 因 数 与 电流 ，勺 冉 数
（） ２由于在 低功率 因数 情况 下 ，变压 器输 出 的
这 种方 式是 将 电容 器 组分别 装设在 各组用 电
机 电研 究及 设 计 制 造
《 电技 术 》２ １ 第 ４期 机 ０ ０年
设备 或单 独 的大 容量 电动 机 处 。分散 就地 补偿 从
补偿效 果 上看 是 比较理 想 的 ，但 设备 投 资较大 ，
在 工厂 用 电设 备 中 ， 然存 在 过励 状 态 下 的 虽
滞 后于 电压 Ｕ ， 为 滞后 的功率 因数 角 ， 而 电 容 电流 超 前
同步 电动 机 等 阻容 性 负荷 以及 电阻 、电容 与 电感
性质 的线 缆 损耗 ， 是 综合 了供 用 电设备 负 荷 之 但
后 的 供 电负 荷 一般 呈 阻 感性 质 ，甚 至 呈 感 性 。因 此 ，在 运 行 过 程 中 ，除 了 消耗 有 功 功 率外 ，还 需 要 大量 的无 功功 率 在 电源 至 负荷 之 间交 换 ， 而 从
功率 因数不 断提 高 ，电流 ， 逐渐 递减 。
综 上所 述 ，功率 因数对 工厂 供配 电系 统 的影 响主要 表现在 以下 两个方 面 ：
用 户 电网并没有 得 到无功 补偿 ，因而对 于用 户来 讲 ，经 济效益 较差 。但 由于用 户 ６ ｌｋ 母 线上 － ＯＶ 无 功功 率变化 比较 平稳 ，因而便 于运 行管 理和 调 节 ，而且 利用 率 高 ，还 可提 高供 电变 压器 的负荷
于电压 ， 以为超前
的 功率 因数 角 。并联 电容 Ｃ ， 电流 由 后
， 与， ， 合成 ， 由 图 图２ 相量关系图
导致 功 率 因数大 大 降低 ， 给 工 厂 供配 电系 统造 这
成 了 不利 影 响 。在 工厂 供 配 电系统 中 ，补 偿 无 功 功 率 提 高 功 率 因数 的方 法 通 常 是 并联 电力 电 容 器 。根 据补 偿 装 置装 设 地 点 的 不 同 ，工 厂 供 电系 ．
能力 。从 全局 上看 可 以改善 地 区电 网 ，甚至 区域
（） １在输 送 的有功功 率相 同 的情 况下 ，较 低 的
功 率因数 将导 致系 统 电流增加 。系统 电流增 加将 产 生 以下后 果 ：
① 增加 供配 电系 统 中变压器 、线缆 、母线 、 开关 、互感 器等 供 电设备 的容量 ，从 而增 加系 统 的投 资成本 ；
统 的运行 成本 ；
式 中： 为月平 均负 载率 ，主 要考虑 由计 算负 荷计
算 出的 瞬时功 率 因数 与平均 功率 因数 的差 异而 引
入 ，通常取 ＝ ．～０８。 ０７ ． ３３ 分散 就地 补偿 ．
③增加 电压 损 失 ，从 而 降低供 电质 量 ， 电气
设备运 行条 件变差 。
４ ＵＮ ｏ １ 。 ３ Ｉ×０
（） ５
式 ，
为供 电系统 额 定线 电压 （ ； Ｉ 为 电动 Ｖ） 。
机 额 定空载 电流（ 。 Ａ） 另外 ，如 果 实 际运 行 电压 与 电容 器额 定 电压 不 一 致 ，则 电容 器 的实 际补 偿 容量 须 进行 换算 ，
即
电 网 电压 、提 高供 电质 量 、保证 电 网安全稳 定 运 行 都 有着 十分 重 要 的作用 【。 ５ 】
在图 ３中，并联电容 ，功率因数从 ｃｓ 提高 ｏ￣
到 ｃｓ ｏ ￣ ，无 功 功率
功 翠 因 敢０ ∞＾
Ｑ ｏ 少 到 。 ３ 减 ，此 时无功
图 ５功率因数与 电流 的关 系曲线
功率 的减 少量 Ｑｏ ３一 。 即为 无功 功率 补偿 的容量
Ｑ ，即 ｃ
由图 ４可 以看 出 ， 率 因数 从 ０６提 高到 ０７ 功 ． ．、
学关 系 】
功率 因数 角 为 ，在 Ｒ 串联 负载 上 并联 电容 Ｃ Ｌ
之后 ， 产生 电容 电流 Ｊ 『 ｃ，电路的功率因数角变为
。
对 应 的相量 关 系如 图 ２所 示 。
ｃｓ ｏ Ｏ：— ：— — — ＝— ——
，
／ （ｔ 一 Ｃ Ｐ ＋Ｐａ ｍ Ｕ ） ｎ
＝
４ 结 语
较低 的功 率 数将 会 给供 配 电系 统 带来 诸 多
不利 的影 响 ，熟悉 和 掌握 提高 功率 因数 的方法 在
供配 电系统 设 计 中尤为 重 要 。在实 际系统 中，上 述 三 种 并 联 电容 器 的无 功 补 偿 方 法 往 往 同时 并 存 ， 以求 合 理提 高各 个 系统 位 置上 的功 率 因数 。 在 无 功补 偿 设计 时 ，应 根据 工 程 的实 际情 况 灵活 的加 以运 用 。 另外 ，在 无 功补偿 设 计过 程 中 ，合 理地 选择 无 功补 偿 容量 ，对 提 高功 率 因数 、调 整
法。
不变 的情况 下 ， 联 电 并
容 Ｃ ，无功 功率 由Ｑ３ 后 ０ 减
少 到 。，视 在功 率 ０ 也
相 应地 减 少到
，而 功
图 ３ 功 率 三 角 形
率 因 数 从 Ｃ Ｓ 提 高 到 Ｏ
ＣＯＳ ’
１ 电容器补偿原理
图 １所 示 为 电容无 功补 偿 原理 电路 图，未 并 联 电容 Ｃ 之前 ，Ｒ Ｌ串联 负载流 过 的 电流 为 Ｉ Ｌ，
２可 以看 出 ，并联 电容 之后 ， Ｌｌ４ ， ：ｇｚ 、 即 功率 因数 提高 了。
比 小 ，
图 ３所 示 为功率 三 角形 示意 图 ，从 图上可 以 明显 看 出功 率 因数 的提 高 与无 功功 率和 视 在功 率 变 化 的关 系 。在有 功 功率
。
统 中 电力 电容器 的设 置 主要 有 高 压集 中补 偿 、低 压成 组 补偿 和 分 散 就地 补 偿 三 种方 式 Ｌ。针对 并 Ｊ Ｊ 联 电力 电容 器 补 偿 无 功 功 率 以提 高功 率 因 数 的 方法 ， 文 利用 ＭＡ Ｌ 软 件 分 析 了功 率 因 数对 本 Ｔ ＡＢ 工厂 供 配 电系 统 的影 响 ， 讨 论 了三 种 并 联 电 力 并 电容 器 无 功 补 偿 方 式 下 无 功 补 偿 容 量 的 选 择 方
参考文 献： ［】 有 明 ． 代 供 电技 术 ［ ． 京 ： 中 国 电力 出版 社 ，２ ０ ． １ 邹 现 Ｍ】 北 ０８
［］ 波． ２金 电路分析实验教程 【 ． ：西安 电子科技大学 出版社 ，２ ０ ． Ｍ］ 西安 ０８
压。
然与 电源 断开 时 ， 电容 器 将对 电动机 放 电而 产 生
白励 磁现 象 ；若 补偿 容 量 过大 ，又可 能 因 电动 机 惯性 转动 而产 生过 电压 ，导致 电动机 损坏 。 以 ， 所 补 偿 容 量 应 以 电容 器 （ ） 组 的放 电 电流 不 大 于 电动 机 空 载 电流为 限 ， 即【 】
０７ 、０８ ． 、０９ ．５ ，所 并联 的 电容值 ．５ ．、０８ ５ ．、０９ 、１ 呈递增 趋势 。但是 ，功率 因数从 ０９提高 到 １ ． ，曲
Ｑ ００ ００＝ （ ｎ 一ｔ ＃ ｃ＝ ３— ３ ０ ａ ＃ ａ ｔ ｎ ）
正切 值 。
（ ３ ）
式 中 ｔｎ ａ ＃， ｔｎ 分别 为补 偿前 后功 率 因数角 的 ａ ３２ 高压 电容 器固定 补偿 ． 这种 方式 是在变 电所 ６ ｌｋ 母线上 集 中装 － ＯＶ
电所 低 压 配 电室 内 ，运 行 维 护 比较 方 便 。对 于
工 厂 存 在 的 谐 波 源 ，车 间 变 压 器 也 起 到 了隔 离 和 衰 减 谐 波 的 作 用 ，有 利 于低 压 移 相 电容器 的 ．
安 全 稳 定运 行 。 】 此 方式 下 的补 偿容 量 的计算可 由图 ３推得 ：
《 电技术 》２ １ 年第 ４期 机 ００
机 电研究及设计制造
关 系
有 功 功率减 少 ，系统 输送 的有 功成 分减 少 ，无 功
成分增加，降低了供电设备的有效利用率 。
３ 并联 电容器无功补偿容 量的选择
３１ 低压 电容 器 自动补偿 ．
这 种 方 式 是 把 低 压 电容 器 组 装 设 在 车 间变 压 器 低 压 ３ ０ 线 上 ，实际 补偿 容 量 随 自然 功 ８Ｖ母
机 电研究及设计制造
《 电技术》２ １ 机 ０ ０年第 ４期