浅析功率因数与节能降损的关系
摘要论述了功率因数与线损、变损的关系，介绍了提高功率因数后计算降损效益和提高功率因数的方法，总结了其他节能降损的措施
关键词功率因数补偿无功功率线损变损
一．引言
功率因数是电力系统的一项重要技术经济指标，其反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。这些输变电设备所带的用电设备存在大部分感性负载，除吸收系统的有功功率作功外，还需要电力系统供给大量无功功率。这些无功功率经过多级送电线路、变压器的输送和转换，又造成无功功率的损失，使电网功率因数下降。这不但降低了发供电设备的出力，造成电网电压的波动，也增大了电能损耗。因此，对辽河油田电力集团公司66kV电力系统中，合理配置无功功率补偿设备，提高系统的功率因数，减少66kV电网系统无功消耗，节能降损具有十分重要的意义。
二．66kV电网概况及损耗分析
目前电力集团公司66kV电网系统中，变电所62座，66kV输电线路90条，全长超过1000公里；运行主变压器110台，运行总容量为748MVA。66kV电力系统网损主要包括66kV输电线路损耗和变压器损耗，其中变压器损耗又分为铜损和铁损。
线路损耗就是电流流过66kV线路电阻所产生的热量损耗，66kV 线路单位电阻是固定的，损耗大小只于电流大小有关，故提高功率因数之后，便可使流过66kV线路电流下降，损耗降低。
变压器的铁损即为变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，垂直于磁力线的平面上就会产生感应电势，这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流称之为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加。“涡流”所产生的损耗即为“铁损”。变压器的铁损与变压器的一次电压有关，与二次负荷无关，就是说，只要变压器一次有电压就一定有铁损产生。电压一定，铁损就是一定的。因为66kV电压是稳定的，故变压器所产生的铁损也一定。
绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。铜损的大小主要取决负荷电流的大小。
所以电力集团公司降低66kV网损主要通过降低66kV输电线路损耗和变压器铜损来实现。对于电力调度中心来说，负责辽河油田66kV 电力系统功率因数调整，通过调整电容器来降低66kV网损，达到节能减耗的作用。
三．功率因数与线损、变损、变压器需用容量的关系
1.输电线路损耗与功率因数的关系：
由于线路使用的导线存在着电阻，电流通过线路时，线路自身要产生有功功率损耗，其有功功率损耗又与电流平方成正比，线路在输
送一定的有功功率时，线路的电流又与功率因数成正比。所以，线路
在输送一定的有功功率时，线路自身产生的有功功率损耗与功率因数
的平方成反比，提高功率因数就能降低线路的有功功率损耗，由于输
送一定负载时线路的有功功率损耗可以用下式表示：
输送一定负载时线路的有功功率损耗可以用下式表示为：
)cos /(10103223232ϕU R P R I P --⨯=⨯=∆ （1）
提高功率因数前后线路的有功功率损耗可以分别表示为：
)cos /(101031223232
11ϕU R P R I P --⨯=⨯=∆ （2） )cos /(101032223232
22ϕU R P R I P --⨯=⨯=∆ （3） 式中：P ∆——线路的有功功率损耗，kW
I ——线路输送的电流，A
1P ∆、2P ∆——提高功率因数前后线路有功功率损耗，kW
1cos ϕ、2cos ϕ——线路增加无功补偿前后功率因数
P ——线路输送的有功功率，kW
R ——线路的电阻，Ω
U ——线路的额定电压，kV
输电线路功率因数提高后线损减少百分数为：
()[]()[]
%100cos /cos 1%100/221121⨯-=⨯-=ϕϕηt t t P P P (4) 2.变压器损耗与功率因数的关系：
变压器在运行中，输出一定的有功功率时，其铜损耗与变压器所带负荷视在功率的平方成正比，而视在功率又与变压器的功率因数成反比，即可表示为：
ϕcos /P S = （5）
提高功率因数前后变压器的铜损耗可表示为：
()[]k e k e t P S P P S S P 21211cos /)/(ϕ== （6）
()[]k e k e t P S P P S S P 22222cos /)/(ϕ== （7）
式中：S --变压器输出视在功率，kVA
1S 、2S --提高功率因数前后变压器的视在功率，kVA
P --变压器输出的一定有功功率，kW
k P --变压器铭牌额定铜损耗，kW
1t P 、2t P --变压器在提高功率因数前后的铜损耗，kW
e S --变压器的额定容量，kVA
1cos ϕ、2cos ϕ--功率因数提高前后值
所以，提高功率因数后的变压器实际的铜损耗下降百分数可以表示为：
()[]()[]
%100cos /cos 1%100/221121⨯-=⨯-=ϕϕηt t t P P P （8） 3.变压器需用容量与功率因数的关系
由于变压器在输出一定有功功率时，其需用容量(视在功率)与变压器的功率因数成反比，所以当变压器输出一定有功功率时，功率因数提高就能减少变压器的需用容量，从而提高变压器的供电能力。根据式(5)可知提高功率因数后减少变压器的使用容量ΔS 可表示为： ()[]()[]211211221cos /cos 1)cos /(cos cos cos ϕϕϕϕϕϕ-=-=-=∆S P S S S （9）
另外，提高功率因数还能提高线路或设备输送有功功率的能力，从而可减小发供电设备的装机容量和投资；并能提高线路电压，改善电能质量。对油田电网来说，由于供电部门对用户实行按功率因数调整电费的办法，当功率因数高于其规定标准的，电业部门给予奖励，减收电费；低于规定标准的予以罚款，加收电费。所以提高功率因数可减少电力集团公司电费开支，降低产品成本。
四．提高功率因数的方法
根据电力集团公司实际情况提高功率因数的方法可分为提高自然功率因数和采取无功补尝两种方法。
1.提高自然功率因数的方法：
