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摘要：在电力系统中先天性地存着大量的无功负荷，这些无功负荷来自配电线路、配电变压器以及用户的用电设备等。系统运行中大量的无功功率，将降低系统的功率因数，增大线路电压损失和电能损失，严重的影响着企业的经济效益。解决这些问题的一个有效方法就是进行无功补偿，提供系统的功率因数。
关键词：配电网；功率因数；无功补偿；电能损耗
1提高功率因数的意义
除白炽灯、电阻电热器等用电设备的功率因数接近于1之外，其他如三相交流异步电动机、变压器、电焊机、电抗器等的功率因数均小于1，特别是轻载的情况下，功率因数更低。用电设备功率因数降低之后，将带来许多不良后果：
1.1使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。因为发电机、变压器和电动机这些电气设备在运行中不仅消耗有功功率，而且需要一定数量的无功功率。发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下是不容许超过的，根据计算公式，若功率因数降低，则有功功率将随之降低，使设备容量不能得到充分利用。
1.2增加输、配电线路中的有功功率和电能损耗。设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，使线路中的有功功率损耗增加。
功率因数降低，还使线路的电压损失增加，结果在负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，会严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。特别在用电高峰季节，功率因数低，会出现大面积的电压偏低，会对工农业生产带来很大的损失。所以，电力系统的功率因数高低，是需要认真研究的一个重要课题，必须设法提高电力网中各个组成部分的功率因数，以充分利用发变电设备的容量，增加其发输电能力，减少供电线路中的电能损耗，并降低线路中的电压损失与电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的。
2提高功率因数的方法
提高功率因数的途径主要有：一是减少电力系统中各个部分所需的无功功率，特别是减少负载的无功功率消耗；二是进行无功补偿。
2.1提高自然功率因数
采用降低各变电、用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，称为提高自然功率因数。主要有：
2.1.1正确选用异步电动机的型号和容量。
异步电动机在工农业生产中占有很大的比重，异步电动机的功率因数和效率，在70％以上负荷率时最高，在额定功率时的COSf约为0.85—0.9；而在空载和轻载运行时的功率因数和效率都很低。空载时的COSf只有O.2—0.3。因此正确选择异步电动机的容量使其与所带负载相匹配，对于改善功率因数是十分重要的。
2.1.2合理选择变压器的容量。
变压器在电磁转换过程中需要一定的励磁功率，而励磁功率中绝大部分是无功功率，其所需无功功率Q的大小，可用空载电流10近似算出。在变压器二次侧所带负荷功率因数一定的情况下，变压器一次功率因数的高低，取决于其负荷率的高低。负荷率高，则一次功率因数高；反之，一次功率因数低，空载时，功率因数最低。为了变压器的空载和轻载运行，一般变压器的负荷率在50％以上时比较经济。
2.2无功补偿提高功率因数
配电网的电力负荷如变压器、电动机、电焊机等，是感性负荷，这些电感性负荷在运行过程中，既要消耗系统的有功功率，还要吸取、交换无功功率，在电网中安装无功补偿装置后，可以供给感性负荷消耗的部分无功功率，减少电网电源向感性负荷提供的由输、配电线路输送的无功功率，也就是减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路因输送无功功率造成的损耗，改善电网运行条件。这种做法称为无功补偿。
把具有容性负荷的装置与感性负荷接入同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。
用无功补偿设备补偿用电设备所需的无功功率，以达到提高功率因数的目的，这种方法称为人工无功补偿。无功补偿设备有移相电容器、同步电动机和同步调相机。电容器补偿因具有有功损耗小、安装维护方便、投资少而被广泛采用。
无功补偿应遵循“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则，采用“集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主”的补偿方式。补偿方式分为集中补偿、分散补偿和就地补偿。
3无功补偿的计算。
如果功率因数补偿前cosf 1，补偿后要达到cosf2，则补偿容量按下式计算：Q=P(tgfl-tgf2)。式中P为被补偿线路、设备的有功功率(KW)；tgf1、tgf2分别为补偿前后功率因数角的正切值。
4补偿方式和补偿容量的选择。
4.1随机补偿，把补偿电容器安装在电动机、电焊机等吸取无功功率的用电设备附近，使用电设备所需无功实现就地平衡。其补偿容量应按Q≤31／2U10公式计算(I0为电动机的空载电流，u为额定电压)，这种补偿方式节能效果好，但是补偿设备利用率低，投资大，所以适用于运行时间长的太容量用电设备或由较长线路供电的情况。
4，2随器补偿，即在配电变压器低压侧并联电容器进行补偿，一是补偿负载所需无功，二是补偿本身无功需求。由于大多数负载是随时间、季节变化的，采用自动补偿或分组补偿较好，在采取固定补偿时，低负载会产生过补现象，使电压升高，所以固定补偿容量不应选择过大，应为平均所需无功容量的1／3～2／3为宜。这种补偿方式，能降低配电线路及以上线路设备的电能损失，但对补偿点以下线路无降损作用。
4.3线路分散补偿，即在多负荷线路上一点或多点并联补偿电容器进行补偿。例如配电线路上的补偿，这种补偿方式的节能效果与补偿地点和补偿容量有关，应科学地选择。在线路上取一点补偿的情况下，补偿点在线路首端时，线路中的无功电流分布无变化，没有节能效果；在线路，末端，可能存在无功倒送。所以根据经验推算得出一个“三分之二”法则。即在均匀分布负荷的配电线路上，安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2／3；安装最佳地点是从首端起线路总长的2／3处。
4.4变电所集中补偿，目前在变电所母线上装设一组或多组电容器组，根据电压和功率因数需要投切。其补偿容量可以按照主变容量的20％-40％来选择。这种补偿方式节能效果不如前几种方式显著，但系统电压低时，能改善电压质量，一般应作为其他方式的补充。
关键词：配电网；功率因数；无功补偿；电能损耗
1提高功率因数的意义
除白炽灯、电阻电热器等用电设备的功率因数接近于1之外，其他如三相交流异步电动机、变压器、电焊机、电抗器等的功率因数均小于1，特别是轻载的情况下，功率因数更低。用电设备功率因数降低之后，将带来许多不良后果：
1.1使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。因为发电机、变压器和电动机这些电气设备在运行中不仅消耗有功功率，而且需要一定数量的无功功率。发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下是不容许超过的，根据计算公式，若功率因数降低，则有功功率将随之降低，使设备容量不能得到充分利用。
1.2增加输、配电线路中的有功功率和电能损耗。设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，使线路中的有功功率损耗增加。
功率因数降低，还使线路的电压损失增加，结果在负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，会严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。特别在用电高峰季节，功率因数低，会出现大面积的电压偏低，会对工农业生产带来很大的损失。所以，电力系统的功率因数高低，是需要认真研究的一个重要课题，必须设法提高电力网中各个组成部分的功率因数，以充分利用发变电设备的容量，增加其发输电能力，减少供电线路中的电能损耗，并降低线路中的电压损失与电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的。
2提高功率因数的方法
提高功率因数的途径主要有：一是减少电力系统中各个部分所需的无功功率，特别是减少负载的无功功率消耗；二是进行无功补偿。
2.1提高自然功率因数
采用降低各变电、用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，称为提高自然功率因数。主要有：
2.1.1正确选用异步电动机的型号和容量。
异步电动机在工农业生产中占有很大的比重，异步电动机的功率因数和效率，在70％以上负荷率时最高，在额定功率时的COSf约为0.85—0.9；而在空载和轻载运行时的功率因数和效率都很低。空载时的COSf只有O.2—0.3。因此正确选择异步电动机的容量使其与所带负载相匹配，对于改善功率因数是十分重要的。
2.1.2合理选择变压器的容量。
变压器在电磁转换过程中需要一定的励磁功率，而励磁功率中绝大部分是无功功率，其所需无功功率Q的大小，可用空载电流10近似算出。在变压器二次侧所带负荷功率因数一定的情况下，变压器一次功率因数的高低，取决于其负荷率的高低。负荷率高，则一次功率因数高；反之，一次功率因数低，空载时，功率因数最低。为了变压器的空载和轻载运行，一般变压器的负荷率在50％以上时比较经济。
2.2无功补偿提高功率因数
配电网的电力负荷如变压器、电动机、电焊机等，是感性负荷，这些电感性负荷在运行过程中，既要消耗系统的有功功率，还要吸取、交换无功功率，在电网中安装无功补偿装置后，可以供给感性负荷消耗的部分无功功率，减少电网电源向感性负荷提供的由输、配电线路输送的无功功率，也就是减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路因输送无功功率造成的损耗，改善电网运行条件。这种做法称为无功补偿。
把具有容性负荷的装置与感性负荷接入同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。
用无功补偿设备补偿用电设备所需的无功功率，以达到提高功率因数的目的，这种方法称为人工无功补偿。无功补偿设备有移相电容器、同步电动机和同步调相机。电容器补偿因具有有功损耗小、安装维护方便、投资少而被广泛采用。
无功补偿应遵循“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则，采用“集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主”的补偿方式。补偿方式分为集中补偿、分散补偿和就地补偿。
3无功补偿的计算。
如果功率因数补偿前cosf 1，补偿后要达到cosf2，则补偿容量按下式计算：Q=P(tgfl-tgf2)。式中P为被补偿线路、设备的有功功率(KW)；tgf1、tgf2分别为补偿前后功率因数角的正切值。
4补偿方式和补偿容量的选择。
4.1随机补偿，把补偿电容器安装在电动机、电焊机等吸取无功功率的用电设备附近，使用电设备所需无功实现就地平衡。其补偿容量应按Q≤31／2U10公式计算(I0为电动机的空载电流，u为额定电压)，这种补偿方式节能效果好，但是补偿设备利用率低，投资大，所以适用于运行时间长的太容量用电设备或由较长线路供电的情况。
4，2随器补偿，即在配电变压器低压侧并联电容器进行补偿，一是补偿负载所需无功，二是补偿本身无功需求。由于大多数负载是随时间、季节变化的，采用自动补偿或分组补偿较好，在采取固定补偿时，低负载会产生过补现象，使电压升高，所以固定补偿容量不应选择过大，应为平均所需无功容量的1／3～2／3为宜。这种补偿方式，能降低配电线路及以上线路设备的电能损失，但对补偿点以下线路无降损作用。
4.3线路分散补偿，即在多负荷线路上一点或多点并联补偿电容器进行补偿。例如配电线路上的补偿，这种补偿方式的节能效果与补偿地点和补偿容量有关，应科学地选择。在线路上取一点补偿的情况下，补偿点在线路首端时，线路中的无功电流分布无变化，没有节能效果；在线路，末端，可能存在无功倒送。所以根据经验推算得出一个“三分之二”法则。即在均匀分布负荷的配电线路上，安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2／3；安装最佳地点是从首端起线路总长的2／3处。
4.4变电所集中补偿，目前在变电所母线上装设一组或多组电容器组，根据电压和功率因数需要投切。其补偿容量可以按照主变容量的20％-40％来选择。这种补偿方式节能效果不如前几种方式显著，但系统电压低时，能改善电压质量，一般应作为其他方式的补充。