摘要：功率因數的高低關系到輸配電線路、設備的供電能力，也影響到其功率損耗。本文從理論上分析了功率因數與無功補償關系。無功補償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。
　　關鍵詞：功率因數；無功補償
　　一、前言
　　功率因數是供用電系統的一項重要技術經濟指標，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。電網中無功功率消耗很大，大約有50%的無功功率消耗在輸、變、配電設備上，50%的無功功率消耗于電力用戶。為了減少無功功率消耗和由此而造成的電網有功損耗，就必須減少無功功率在電網中的流動，即提高電網負荷的功率因數，從而達到節約電能，降低損耗的目的。
　　二、影響功率因數的主要因素
　　功率因數的產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，則功率因數便能夠提高。提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。
　　1）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響
　　2）電網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
　　3）異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備
　　以上是影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使電力網功率因數提高的方法。就是加裝無功補償設備，使電網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。
　　三、無功補償的方法
　　提高功率因數的主要方法是采用無功補償技術，根據我國國情和電網現狀，采用并聯電容器作為無功補償設備，是最經濟的，同時安裝維護最為方便。現將采用電容器進行無功補償的幾種常用方式簡述如下：
　　1） 站內集中實償
　　補償點位于10～110kV變電站的10kV出線上，補償設備安裝于變電站內的戶內或戶外，為出線支路上所有負荷提供無功電源，補償上一級電網的無功損耗。
　　2） 高壓線路補償
　　補償點位于10kV配電線路上，補償設備安裝于配電線路的桿架上，采用分組自動投切方式為10kV配電變壓器及其所承載的用戶負荷提供動態無功電源，補償上一級電網的無功損耗。
　　3） 低壓跟蹤補償
　　補償點位于10kV配電變壓器的0.4kV母線上，將電容器分成若干組，通過無功控制器進行投切控制和保護，自動跟蹤用戶無功負荷的變化，及時自動調整電容器的投入容量，為用戶負荷提供準確的無功功率，降低了上一級電網的無功損耗和線路損耗。
　　4） 隨機同步補償
　　隨機同步補償，就是將電容器和電動機并聯，通過控制、保護裝置與電動機，同時投切。隨機同步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用電單位無功負荷。為了防止電動機退出運行時產生自激過電壓，補償容量不應大于電動機的空載無功功率。
　　四、無功補償的合理配置原則
　　從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。
　　1)總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。
　　2)電力部門補償與用戶補償相結合。
　　3)分散補償與集中補償相結合，以分散為主。
　　4)降損與調壓相結合，以降損為主。
　　五、無功補償容量的確定
　　根據原能源部1989年發布的《電力系統電壓和無功電力技術導則》（試行）第5.5條規定，220kV及以下電網的容性無功補償設備總容量QC，可按下式計算
　　 QC=1.15QDM-QF-QR-QLC
　　 QDM=kPDM
　　式中QDM——最大自然無功負荷；
　　QF——本網發電機的無功功率；
　　QR——上級網和鄰網輸入的無功功率；
　　QLC——110kV及以上架空線和電纜線的充電功率；
　　PDM——電網最大有功發電負荷；
　　K——電網最大自然無功負荷系數，kvar/Kw。
　　K值與電網結構、變壓級數、負荷組成、負荷水平及負荷電壓特性等因素有關。已運行的電網可通過實測確定，規劃中的電網可參照下表中數值估算，當本網中發電機有功功率比重大時，k宜取較高值；上級網或鄰網輸入有功功率比重大時，k值取較低值。

       
　　對于中低電壓等級電網的無功補償容量可以按下列原則考慮： 
　　1） 對于變電站10kV母線，一般按主變容量的15%～20%進行補償。
　　2） 對于普通負荷的公用變壓器的0.4kV低壓補償，可按配變容量的20%～30%進行補償。
　　3） 對于企業專用變壓器的0.4kV低壓補償，可按配變容量的30%～60%進行補償。
　　4） 當三相電壓不平衡時（單相負荷較多），需考慮一定容量的分相補償。
　　5） 當補償點處有諧波時，還要考慮串聯一定比率的電抗器，以構成調諧支路，濾除線路上的高次諧波。
　　6） 當采用固定補償方式時，補償總容量應選小些，避免線路輕載時出現過補，產生無功倒送。
　　7） 當采用自動補償方式時，補償總容量應選取大些，，避免高峰負荷時出現欠補，造成力率過低。
　　8） 當電容器額定電壓與系統標稱電壓不相等時，補償容量≠安裝容量，裝機容量需進行修正。
　　六、無功補償數的效益
　　在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致
　　電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數在0.70～0.85之間。企
　　業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數提高到0.95左右則
　　無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效
　　益。
　　1）用戶提高功率因數可以提高產品質量，減少電費開支，從而降低成本。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費。可見，提高功率因數對企業有著重要的經濟意義。
　　2）減少了電壓降，改善了電網的電壓質量
　　3）增加電網的輸電能力，從而使電網內的電氣設備容量能得到充分利用。對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網絡已趨于過載，由于功率因數的提高，輸送無功電流的減少，使系統不致于過載運行，從而發揮原有設備的潛力。
　　4）防止因功率因數過低而造成電壓崩潰、電網瓦解的事故發生，提高電網的運行安全水平。
　　5）改善設備運行狀態，延長設備使用壽命。通過合理加裝無功補償設備，提高功率因數，電壓質量得到改善，提高了電壓合格率，電容器投切次數增多，主變分接頭開關調節次數則大大減少，從而改變了主設備的運行狀態，延長設備壽命。
　　6）電網的傳輸損耗減少，使電網的經濟效益提高。
　　七、結論
　　通過上面的分析可以看出，提高功率因數對于節約電能，降低損耗，提高變配電設備的供電能力是極其有利的，所帶來的經濟效益和社會效益是很明顯。廣泛采用無功補償可以提高功率因數，減少線損，是一項投資少，收效快的節能措施。對于當前正在進行的農村電網改造來說，除了應該按《農網改造工程技術原則》的要求進行踏勘、設計、施工外，還應該根據農村用電負荷的特點，合理配置無功功率補償裝置同農網改造工程建設一并進行設計、施工，顯得更加重要。
　　【參考文獻】
　　[1]李堅編.電網運行及調度技術問答[M].中國電力出版社.2004.
　　[2]華威電力.無功補償的方法.[EB/OL].2010.http://www.cnhwdl.com/display.asp?id=103