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功率因数

2026-06-16

中国电源产业网

导语：功率因数 Power Factor 是衡量电气设备效率高低的一个系数。它的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数低，说明无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

功率因数 Power Factor 是衡量电气设备效率高低的一个系数。它的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数低，说明无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

1、定义

功率分三种：有功功率P、无功功率Q、视在功率S，在三相交流负荷中，任何时候这三种功率都是同时存在的，电压与电流之间的相位差(φ)的余弦叫做功率因数，用符号cos φ表示。从数值上来讲，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即：cos φ=P/S。

三种功率和功率因素是一个直角功率三角形关系：S²=P²+Q2。

● 视在功率S=√3UI

● 有功功率P=√3UIcosφ cosφ=P/S

● 无功功率Q=√3UIsinφ sinφ=Q/S

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，它是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

从S²=P²+Q²来看，如果Q的kvar的值为零的话，kVA就会与kW相等，那么供电局供出来的1kVA的电就等于用户1kW的消耗，此时成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9~1之间，低于0.9时需要接受处罚。

2、提高功率因数的方法

2.1 提高自然功率因数（优先）

1) 正确选用异步电动机的型号与容量

据统计，我国中小型异步电动机的用电负荷约占电网总负荷的80%以上，电动机耗能占整个工业用电量的60%~68%左右，做好电动机的降损节能具有十分重要的经济意义。正确选用异步电动机，使其额定容量与所带负载相配合，对于改善功率因数是十分重要的。在选型方面，要注意选用节能型，淘汰高能耗的电动机，并依据电机机械工作对启动力矩、启动次数、调速等方面的具体要求，选用不同的型号。电动机的效率n与功率因数cosφ是反映电动机经济运行水平的主要指标

当负载率β在70%～100%之间时，为经济运行区

当40%≤β≤70%时，为一般运行区

当β<40%时，为非经济运行区

2) 根据负荷选用相匹配的变压器

电力变压器一次侧功率因数不但与负荷的功率因数有关，而且与负荷率有关，若变压器满载运行，一次侧功率因数仅比二次侧降低约3~5%；若变压器轻载运行，当负荷小于0.6时，一次侧功率因数就显著下降，下降达11～18%，所以电力变压器的负荷率在0.6以上运行时才较经济，一般应在60%~70%比较合适，所以为了充分利用设备和提高功率因数，电力变压器不宜作轻载运行。当电力变压器负荷率小于30%且有多台变压器可联络运行时，应停用部分设备，采用联络方式供电，如无条件，应更换成容量较小的变压器。

3) 合理安排和调整工艺流程

通过合理安排和调整工艺流程和时间，改善电机设备的运行状态，限制电焊机和机床电动机的空载运行。例如可采用空载自动延时断电装置流程等

4) 异步电动机同步化运行

对于负荷率不大于0.7及最大负荷不大于90%额定功率的绕线式异步电动机，必要时可使其同步化，即当绕线式异步电动机在起动完毕以后，向转子三相绕组中送入直流励磁，即产生转矩把异步电动机牵入同步运行，其运转状态与同步电动机相似，在过励磁的情况下，电动机可向电网送出无功功率，从而达到改善功率因数的目的。

2.2 人工补偿无功功率

1) 补偿技术的发展

同步调相机→开关投切固定电容→静止无功补偿器SVC→静止无功发生器SVG（STATCOM）（最新）几个不同阶段

各种无功设备各自特点如下：

·同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术

·开关投切固定电容：慢响应补偿方式，连续可控能力差

·静止无功补偿器(SVC)：目前相对先进实用技术，在输配电电力系统中得到了广泛应用

·静止无功发生器(SVG)：目前有技术上局限性，属少数示范工程阶段，但SVG是一种更为先进的新型静止型无功补偿装置，是灵活柔性交流输电系统(FACTS)技术和定制电力(CP)技术的重要组成部分，是未来无功功率补偿装置的发展方向

2) 电容补偿无功功率原理

电流在电感元件中作功时，电流滞后于电压90°，而电流在电容元件中作功时，电流超前电压90°，在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180°，如果在电感元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，相应的功率因数就得到提高。由于无功补偿设备投资及本身也要消耗一定的能耗，所以说这是一种折中的提高功率因数的方法。

3) 电容补偿无功功率分类

按安装地点分类

高压集中补偿将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的6~10kV母线上，它只能补偿6~10kV母线前线路的无功功率

低压分组补偿在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器，根据功率因数大小自动投切，低压就地补偿在单台设备处安装并联电容器，随设备同步工作

按补偿原理分类

串联电容补偿串联补偿主要用于输电、配电线路，将电容器与线路串联，以改变线路参数、减少线路的电压损失、提高线路末端的电压水平、减少网络的功率损耗和提高输送能力

并联电容补偿电力系统中的，利用容性负载电流超前电压角度，感性负载电流滞后电压角度的特点，在系统中并联电容器以抵消电感电流

自动投切补偿自动补偿是将并联电容器的固定补偿方式采用自动控制，以调整和适应无功需求的实时变化。自动补偿能克服固定补偿的缺点，优化无功补偿的效果，提高无功补偿的能力，实现无功补偿的平滑调节。

3、提高功率因数的作用

1) 提高功率因数的作用

提高供电质量，改善设备运行条件，保证设备在正常条件工作，有利于安全生产

节约电能，降低企业的生产成本，减少电费开支。如避免因功率因数低于规定值而受罚；减少内部传输和分配无功功率造成的有功功率损耗

提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力，减少供电线路的功率损失，提高电网输电效率，使发电机能做出更多的有功功率

2) 无功补偿应遵循的基本原则

提高用电单位的自然功率因数，全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡，集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿主，高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，与降损相结合，以降损为主的原则。

编辑：电源产业网

来源：点知网

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