摘要：发电机的功率因数（Power Factor,PF）是衡量其运行效率和质量的关键指标，它反映了有功功率与视在功率的比率。无论是功率因数过高（接近1或甚至超前）还是过低，都会对发电机本身和整个电力系统产生显著的危害。因此，保持发电机功率因数在电网调度要求的合理范围内，是保证发电机安全稳定运行、提高电网经济效益和电能质量的关键。

一、功率因数过低的危害

  功率因数过低（滞后，如低于0.8）是最常见的问题，危害主要体现在以下几个方面：

1、对发电机本身的危害

（1）转子过热，限制有功功率输出：发电机在发出有功功率的同时，还需要发出大量的感性无功功率。无功电流也会产生磁场，这部分额外的磁场会增加转子的励磁电流。转子绕组的温升是限制发电机出力的关键因素之一。过大的励磁电流会导致转子绕组过热，绝缘老化加速，寿命缩短。为了保护转子，运行人员不得不降低发电机的有功功率输出，导致设备容量无法充分利用。

（2）端部铁芯和结构件过热：强大的定子电流和转子磁场会使电机端部的漏磁场增强，引起定子端部铁芯和压圈等结构件过热。

2、对电力系统的危害

（1）线路损耗增加（P=I²R）：在输送相同有功功率的情况下，低的功率因数意味着总电流（视在电流）增大。线路上的功率损耗与电流的平方成正比，因此输电线路和变压器的铜耗会显著增加，造成能源浪费。

（2）电压下降，电能质量恶化：增大的电流在输配电线路的阻抗上会产生更大的电压降，导致线路末端的电压偏低，影响其他用户的正常用电，可能使电动机转矩不足、灯光昏暗。

（3）系统容量利用率下降：发电机、变压器、开关和电缆等设备的容量是由视在功率（kVA）决定的。低的功率因数使得设备的大部分容量被用于输送无功功率，从而挤占了输送有功功率的能力。为了输送实际需要的有功功率，可能需要投资更大容量的设备，造成投资浪费。

图1  发电机功率因素角

图2  发电机功率因数（出力）曲线图

二、功率因数过高的危害

  功率因数过高（超前，如高于0.95）通常发生在长距离输电线路轻载，或安装了过多的电容补偿装置时。其危害同样严重，且更具隐蔽性。

1、对发电机本身的危害

（1）静态稳定性下降，容易失步：当发电机处于“进相运行”（即吸收无功功率、功率因数超前）状态时，其内部电动势与系统电压之间的功角会增大。这会降低发电机的静态稳定极限，使其在系统发生微小扰动时更容易失去同步，导致机组跳闸，引发停电事故。

（2）定子铁芯端部过热：这是进相运行最典型的危害。当发电机吸收无功时，其励磁电流减小，导致气隙合成磁场减弱。为了维持机端电压不变，磁场会向定子铁芯的端部“挤压”，形成一个很强的漏磁场，引起定子端部金属结构件（如压指、压圈）严重过热，可能烧毁这些部件。

（3）定子绕组过热风险：虽然励磁电流减小，但为了发出规定的有功功率，定子电流可能并不小。在某些工况下，定子绕组的温升也可能成为限制因素。

（4）厂用电电压过高：发电机进相运行时，其机端电压会升高，可能导致厂用母线电压过高，危及厂用电动机、照明等辅助设备的安全。

2、对电力系统的危害

（1）系统电压过高：向系统输送容性无功功率，相当于向系统“注入”无功，会导致局部电网电压升高，可能超过设备允许的最高运行电压，损坏用户电器设备。

（2）引发铁磁谐振：过高的电压可能使变压器、电压互感器等铁芯设备饱和，从而诱发铁磁谐振，产生过电压和过电流，损坏设备。

总结：

简单来说，功率因数过低（滞后）意味着系统中感性负载（如电动机、变压器）过多，需要大量的无功功率来建立磁场；功率因数过高（接近1或超前）意味着系统中容性负载过多，或者无功补偿过度，导致向系统倒送无功功率。无论是过高还是过低，都应被视为异常工况并予以纠正。