【文章內容簡介】 級的產品處于試運行階段,并正逐步進入工業(yè)應用,這些研究課題有可能實現(xiàn)電能儲存和建立分散、獨立的電源，從而引起電力系統(tǒng)的重大變革。第二節(jié) 功率因數(shù)的概念21功率因數(shù)的定義在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(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 COSφ=P/S1． 對于電力系統(tǒng)中的供電部分，提供電能的發(fā)電機是按要求的額定電壓和額定電流設計的，發(fā)電機長期運行中，電壓和電流都不能超過額定值，否則會縮短其使用壽命，甚至損壞發(fā)電機。由于發(fā)電機是通過額定電流與額定電壓之積定額的，這意味著當其接入負載為電阻時，理論上發(fā)電機得到完全的利用，因為P=U*I*COS216。中的COSφ=1；但是當負載為干性或容性時，COSφ1,發(fā)電機就得不到充分利用。為了最大程度利用發(fā)電機的容量，就必須提高其功率因數(shù)。對于電力系統(tǒng)中的輸電部分，輸電線上的損耗：Pl=RI*I，負載吸收的平均功率：P=V*I*COSφ ，因為I=P/VCOSφ，所以Pl=R*P/V/ COSφ（V是負載端電壓的有效值）。 由以上式可以看出，在V和P都不變的情況下，提高功率因數(shù)COSφ會降低輸電線上的功率損耗！在實際中，提高功率因數(shù)意味著：（一）、提高用電質量，改善設備運行條件，可保證設備在正常條件下工作，這就有利于安全生產。（二）、可節(jié)約電能，降低生產成本，減少企業(yè)的電費開支。例如：當COSφ==1時的4倍。（三）、能提高企業(yè)用電設備的利用率，充分發(fā)揮企業(yè)的設備潛力。（四）、可減少線路的功率損失，提高電網輸電效率。（五）、因發(fā)電機的發(fā)電容量的限定，故提高COSφ也就使發(fā)電機能多出有功功率。在實際用電過程中，提高負載的功率因數(shù)是最有效地提高電力資源利用率的方式。在現(xiàn)今可用資源接近匱乏的情況下，除了盡快開發(fā)新能源外，更好利用現(xiàn)有資源是我們解決燃眉之急的唯一辦法。而對于目前人類所大量使用和無比依賴的電能使用，功率因數(shù)將是重中之重。22提高自然功率因數(shù)的方法按《評價企業(yè)合理用店技術導則》規(guī)定：“企業(yè)應在提高自然功率數(shù)的基礎上，合理裝置無功補償設備?！币簿褪钦f為了提高企業(yè)的功率因數(shù)，首先應當提高自然功率因數(shù)，其次采用人工補償裝置提高功率因數(shù)。 提高企業(yè)的自然功率因數(shù)，從根本上降低電氣設備需要的無功功率，可以節(jié)省新的投資，所以是首先應當采取的積極辦法。提高自然功率因數(shù)的方法：一、正確選擇異步電動機的容量 企業(yè)的運行經驗表明，異步電動機一般在負荷達到額定負荷時功率因數(shù)最高，而空載時功率因數(shù)最低。因此，所選的異步電動機的額定功率應當盡量接近于所拖動的機械負荷。將運行中的輕負荷電動機予以更換，選用合適的電動機代替，選擇合適的電動機容量，使其平均負荷率接近其最佳值。二、將輕負荷電動機改變接線 在實際運行中，當異步電動機在輕負荷運行時，可以調換為較小容量的電動機。由于各種原因而無法用小容量異步電動機調換時，可采用降低異步電動機電壓的方法來減小其取用的無功功率。降低異步電動機電壓的方法一般是改變電動機的內部接線，使異步電動機各繞組所承受的電壓降低，從而減小異步電動機所取用的無功功率。三、限制異步電動機的空載 企業(yè)異步電動機在工作中都可能有較長時間的空載運轉，異步電動機空載運轉電流較大，而且功率因數(shù)很小，因此若能夠將空在運行的異步電動機從供電線路上切除，就可以減小無功功率，提高功率因數(shù)。四、提高異步電動機的檢修質量 在企業(yè)中，異步電動機檢修質量的好壞，對其效率和功率因數(shù)有很大影響，因此，檢修時一定要保證質量，防止空氣間隙增加，以免增大勵磁電流，降低功率因數(shù)和效率。另外要防止在重新繞制電動機線圈時，使線圈匝數(shù)減少，否則將導致磁路中磁通量增加，從而使電動機需要的無功功率和空載電流增加，功率因數(shù)減小。五、變壓器的合理使用 更換輕負荷的變壓器，提高功率因數(shù)。企業(yè)在低負荷時間內，盡量將負荷集中在一臺或數(shù)臺變壓器上，使每臺變壓器在最佳負荷率下運行。同時停運多余的變壓器，以便減少需用的無功功率和降低有功功率損耗。 當企業(yè)中有多臺車間變壓器時，可以用低壓聯(lián)絡線將變壓器二次側連接起來，以便在輕負荷時將部分輕載變壓器切除，減少有功損耗和無功損耗，提高功率因數(shù)。 當企業(yè)中的變電所有多臺變壓器并聯(lián)運行時，可以考慮變壓器的經濟運行，根據(jù)負荷的大小，決定投入運行的變壓器臺數(shù)。負荷較大時，投入運行的變壓器臺數(shù)多些；負荷較小時，投入運行的變壓器臺數(shù)少些，以使變壓器的損耗最少。當然，在不影響供電可靠性的前提下，才能考慮變壓器的經濟運行。23 采用人工補償裝置提高功率因數(shù)工廠中由于有大量的感應電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等感性負載，還有感性的變壓器，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設備潛力、改善設備運行性能、提高其自然功率因數(shù)的情況下，尚達不規(guī)定的工廠功率因數(shù)時，則需要考慮增設無功功率補償裝置。移相電容器是一種常用的無功補償裝置。移相電容器與同步補償機相比，因無旋轉部分，所以它具有安裝簡單、運行維護簡單及有功損耗?。ǎィィ┑葍?yōu)點。所以，在電力系統(tǒng)中，尤其是在工業(yè)企業(yè)的供電電網中，得到十分廣泛的應用。移相電容器的缺點是，使用壽命短，損壞后不便修復。另外，移相電容器的無功出力與電壓的平方成正比。這樣當系統(tǒng)電壓降低，需要更多的無功功率進行補償以提高系統(tǒng)電壓時，而電容器卻因電壓低了出力。反之，若系統(tǒng)不需要補償無功功率時，電容器仍然向電網補償電容器無功功率，使負載電壓過分提高，這也是它的一個缺點。一、并聯(lián)電容器的接線無功補償?shù)牟⒙?lián)電容器大多數(shù)采用Δ形聯(lián)結，只有少數(shù)容量較大的高壓電容器組除外。 而低壓并聯(lián)電容器絕大多數(shù)是做成三相的，且內部連成三角形。三個電容為C的電容器接成Δ形，容量為QC(Δ)=3WCU2L,式中的UL為三相線路的線電壓。如果三個電容器為C的電容器接成Y形，則容量為QC(Y)=3WCUP2,式中的UP為三相線路的相電壓，由于U=UP,因此QC(Δ)=3QC(Y).這是并聯(lián)電容器采用Δ形聯(lián)結的一個優(yōu)點。另外，電容器采用Δ聯(lián)結時，任一電容器斷線，三相線路仍得到無功補償。而內采用Y形聯(lián)結，一相斷線時，斷線的一相將失去無功補償。但是也必須指出，電容器采用Δ形聯(lián)結時，任一電容器擊穿短路時，將造成三相線路的兩相短路，短路電流很大，有可能引起電容器爆炸。這對高壓電容器特別危險。如果電容器采用Y形聯(lián)結，情況就完全不同了。圖2（a）為電容器Y形聯(lián)結時正常工作時的電流分布，圖2（b）為電容器Y形聯(lián)結時而A相電容器擊穿短路時的電流分布和向量圖 （a） (b) 圖2 三相線路中電容器Y形聯(lián)結時的電流分布(a) 正常時的電流分布；(b)A相電容器擊穿短路時的電流分布和向量圖 如圖2（a）所示，電容器正常工作時 IA=IB=IC=UP/XC (1)式中，XC=1/WC。 UP—相電壓 如圖2(b)所示，當A相電容器擊穿短路時 I1A=I1B=UAB/XC=3UP/ XC=3IA (2) 有上式可知，電容器采用Y形聯(lián)結，在其中一相電容器擊穿短路時，其短路電流僅為正常工作電流的3倍，因此相對比較安全，所以GB50053199410kV以下變電所設計規(guī)范》規(guī)定：高壓電容器組宜結成中性點不接地星形，容量較小時（450kvar及以下）宜結成三角形。低壓電容器組應結成三角形。并聯(lián)電容器在