變電站功率因素合格率指標(biāo)的探討

范登富

(國(guó)網(wǎng)龍巖市永定區(qū)供電公司，福建 龍巖 364100)

變電站功率因素合格率指標(biāo)的探討

范登富

(國(guó)網(wǎng)龍巖市永定區(qū)供電公司，福建 龍巖 364100)

本文首先詳細(xì)闡述功率因素合格率指標(biāo)的概率和意義；其次，重點(diǎn)分析導(dǎo)致變電站功率合格率指標(biāo)偏低的原因；最后，根據(jù)實(shí)際的原因和變電站的運(yùn)行情況相結(jié)合，提出保障功率因素合格率指標(biāo)的措施。本文提出的措施為變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要的作用。

功率因素;無(wú)功補(bǔ)償;無(wú)功電源;無(wú)功優(yōu)化

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)不斷推進(jìn)電力行業(yè)體制改革和轉(zhuǎn)變，全國(guó)范圍的電力供需矛盾逐步好轉(zhuǎn)，電網(wǎng)電壓、電能質(zhì)量均在一定程度得到較大的改善和優(yōu)化[1]。然而我國(guó)電力行業(yè)長(zhǎng)期存在重發(fā)(電)輕供(電)、不管用電的情況，導(dǎo)致變電站的功率因素合格率指標(biāo)下降、供電可靠性降低和供電無(wú)功電壓不足等問(wèn)題。由于220kV變電站輸出無(wú)功電壓不足，導(dǎo)致部分配電網(wǎng)線損達(dá)到20%左右，嚴(yán)重影響用戶的電能質(zhì)量，降低了電網(wǎng)的輸電能力[2]。

電壓質(zhì)量是衡量我國(guó)電力行業(yè)電能質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，調(diào)節(jié)和控制電力系統(tǒng)的無(wú)功電壓可以有效提高系統(tǒng)的功率因素，從而保證電壓質(zhì)量達(dá)標(biāo)，滿足用戶的用電需求，提高電力系統(tǒng)的可靠性，降低整個(gè)電力系統(tǒng)的網(wǎng)損，保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行[3]。因此，對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償一直都是電力系統(tǒng)研究人員和運(yùn)行人員的研究重點(diǎn)[4]。

目前，福建省的變電站功率因素合格率普遍偏低，導(dǎo)致輸電線路的有功損耗增加，用戶電壓質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行[5]。因此，對(duì)變電站功率因素合格率指標(biāo)進(jìn)行深入研究，具有重要意義。

鑒于變電站功率因素合格率指標(biāo)偏低的問(wèn)題，本文首先詳細(xì)闡述功率因素合格率指標(biāo)的概率和意義；其次，重點(diǎn)分析導(dǎo)致變電站功率合格率指標(biāo)偏低的原因；最后，根據(jù)實(shí)際的原因和變電站的運(yùn)行情況相結(jié)合，提出保障功率因素合格率指標(biāo)的措施。本文提出的措施為變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要的作用。

2 功率因素合格率指標(biāo)的提出及現(xiàn)狀

電網(wǎng)功率因數(shù)是電力網(wǎng)中線路中輸送的有功功率占電網(wǎng)視在功率的比例，一般采用百分比表示。功率因素對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行具有重要的作用，當(dāng)電網(wǎng)的功率因素較低時(shí)，電網(wǎng)的電壓較高，發(fā)電機(jī)的損耗增加，電網(wǎng)的無(wú)功潮流發(fā)生變化，使得原本平衡的無(wú)功分布不在平衡，造成電網(wǎng)線路中部分點(diǎn)電壓偏低，電能質(zhì)量下降，輸電線路中的損耗增加[6]。因此，對(duì)于高電壓等級(jí)的變電站若不能控制好功率因素，線路的損耗將更多，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。

電網(wǎng)的功率因素合格率指標(biāo)下降會(huì)造成輸電線路的有功功率傳輸下降。根據(jù)電力系統(tǒng)分析理論可知，電網(wǎng)中輸電線路在一定的電壓等級(jí)下，其傳輸?shù)挠泄β蔖與電網(wǎng)的功率因素的關(guān)系式如下所示：

(1)

式中，U為線路的電壓等級(jí);R、X為輸電線路的電阻和電抗值;tgψ為功率因素的正切值;△U為輸電線路的電壓降。

圖1 功率因素變化圖

根據(jù)福建省電力公司的調(diào)運(yùn)〔2008〕47號(hào)文件中《福建電網(wǎng)無(wú)功電壓運(yùn)行管理及考核辦法》的規(guī)定，在該考核辦法中提出：電網(wǎng)運(yùn)行高峰時(shí)段(8:00～22:30)，電網(wǎng)供功率因素應(yīng)控制在0.95～1.0，而電網(wǎng)運(yùn)行在低谷時(shí)段(23:30～次日7:00)，電網(wǎng)功率因素應(yīng)控制在0.9～0.97，且不應(yīng)出現(xiàn)220kV主變220kV側(cè)無(wú)功倒送主網(wǎng)現(xiàn)象，要求每5分鐘作為一個(gè)考核點(diǎn)，全日288個(gè)點(diǎn)。功率因數(shù)合格率采用日分站統(tǒng)計(jì)，月全地區(qū)考核，地區(qū)網(wǎng)供力率月合格率低于95%，該月績(jī)效不得分；地區(qū)網(wǎng)供力率月合格率高于95%，無(wú)功電壓管理月度績(jī)效得分=網(wǎng)供力率績(jī)效考核總分×(地區(qū)網(wǎng)供力率月合格率-95%)/5%。

現(xiàn)以龍巖地區(qū)的功率因素合格率情況進(jìn)行分析，其中一變電站的110kV主變部分運(yùn)行日?qǐng)?bào)表如表1所示。

表1 110kV主變饋線運(yùn)行日?qǐng)?bào)表

由表1可知，電網(wǎng)運(yùn)行低谷時(shí)段，110kV側(cè)的功率因素達(dá)標(biāo)率低，運(yùn)行高峰時(shí)段雖達(dá)標(biāo)率比低谷時(shí)段的高，但是并沒(méi)有達(dá)到文件考核辦法的要求。目前，電網(wǎng)中大部分變電站中的高壓變壓器普遍存在該問(wèn)題，因此，研究如何提高變電站功率因素合格指標(biāo)具有重要的研究?jī)r(jià)值。

3 造成變電站功率因素合格指標(biāo)偏低的原因

(1)采用主變調(diào)檔的無(wú)功補(bǔ)償能力低

在變電站主設(shè)備停役或檢修的情況下，通過(guò)主變調(diào)檔進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)能力降低，負(fù)荷轉(zhuǎn)移至相關(guān)母線段時(shí)，而相應(yīng)的母線段上的無(wú)功配置是一定的，只能在電容器容量范圍內(nèi)提供無(wú)功補(bǔ)償，在重載情況下難免出現(xiàn)無(wú)功不足的情況。受到轉(zhuǎn)電路徑的限制，該情況在調(diào)度方案上無(wú)法進(jìn)行有實(shí)際意義的調(diào)整，尤其對(duì)于龍巖地區(qū)110kV電壓等級(jí)的發(fā)電廠較少，無(wú)法提供電壓支撐。

(2)變電站所供負(fù)荷部分為連續(xù)性生產(chǎn)性負(fù)荷

變電站所供負(fù)荷部分為連續(xù)性生產(chǎn)性負(fù)荷，對(duì)于連續(xù)性負(fù)荷全天無(wú)明顯峰谷差異，若低谷時(shí)段要求220kV變電站退出電容來(lái)降低功率因素，這樣側(cè)處理措施會(huì)造成10kV電壓不達(dá)標(biāo)，最終導(dǎo)致功率因素合格率和電壓合格率之間出現(xiàn)矛盾，即在犧牲功率因素的合格率的前提下實(shí)現(xiàn)了電壓的合格率。

此外，部分220kV變電站主變額定電壓參數(shù)為(220±8)*1.25%/121/10.5，當(dāng)220kV電壓較高時(shí)，為保證110kV電壓不越上限(121kV)，主變只能放在較低檔位，與此同時(shí)若10kV負(fù)荷較重，10kV電壓也可能越下限。為提高10kV電壓，即使在低谷時(shí)候AVC仍需要投入電容器，也造成功率因素合格率和電壓合格率之間的矛盾，為保證電壓的合格率而犧牲了功率因素的合格率。

(3)部分負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)偏高，地域之間不平衡

以龍巖地區(qū)為例，龍巖市區(qū)負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)偏高。市區(qū)負(fù)荷以居民生活、辦公、賓館、商業(yè)等負(fù)荷為主，阻性負(fù)荷占較大比例；且配網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償較好，在低谷時(shí)段即使10kV的電容器全退出，負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)仍可達(dá)0.97～0.98。

(4)電纜、空載或輕載線路低谷時(shí)段充電功率無(wú)法吸收

對(duì)于龍巖市區(qū)變電站出線中空、輕載線路、紅山變出線中長(zhǎng)線路居多，同時(shí)負(fù)荷側(cè)功率因數(shù)都較高，低谷時(shí)段線路的充電功率無(wú)法消耗，導(dǎo)致低谷時(shí)段即使片區(qū)內(nèi)電容器均已退出，功率因數(shù)仍居高不下。

(5)小水電的接入影響，低谷時(shí)段向系統(tǒng)倒送無(wú)功

龍巖地區(qū)，小水電集中在在永泰、閩清地區(qū)(分別通過(guò)高岐變、閩清變上網(wǎng))，電網(wǎng)運(yùn)行低谷時(shí)段，其多余無(wú)功功率無(wú)法消耗，相對(duì)過(guò)剩，導(dǎo)致功率因數(shù)偏高；在豐水期，當(dāng)?shù)赜泄颈黄胶馍踔谅杂械顾?，過(guò)剩的無(wú)功可能導(dǎo)致功率因數(shù)越至第二、四象限，若按目前省調(diào)的考核辦法來(lái)計(jì)算功率因數(shù)的絕對(duì)值又偏低。

(6)各網(wǎng)廠不協(xié)調(diào)

龍巖地區(qū)的漳平火電廠出力，而各個(gè)大小水電出力不均，即使地區(qū)功率因數(shù)調(diào)整較好，但在計(jì)算變電站全站的功率因數(shù)卻不合格。正是各網(wǎng)廠不協(xié)調(diào)，大大影響了220kV和110kV變供電片區(qū)的功率因數(shù)的合格率。

4 改進(jìn)和優(yōu)化措施

(1)加強(qiáng)配網(wǎng)無(wú)功管理

目前用于電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ǚ倍?，適用的場(chǎng)合也不盡相同，對(duì)于高壓變電站一般采取電力電容器作為補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，該方法也是目前國(guó)內(nèi)外廣泛選擇的無(wú)功補(bǔ)償方法[7-8]。眾所周知，使用電力電容的無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝方便、建設(shè)周期短、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、自身?yè)p耗小，然而在使用時(shí)存在短路穩(wěn)定性差、損壞不能修復(fù)等不足。電力電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置有串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償兩種接線方式，具體如下：

串聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接串聯(lián)到高壓輸電線路上，以改善輸電線路參數(shù)，降低電壓損失，提高其輸送能力，降低線路損耗。這種方法一般應(yīng)用于高壓遠(yuǎn)距離輸電線路上，用電單位很少采用。

并聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接與被補(bǔ)償設(shè)備并接到同一電路上，以提高功率因數(shù)。這種補(bǔ)償方法所用的電容器稱作并聯(lián)電容器。目前用電企業(yè)都是采用這種補(bǔ)償方法。

為提高變電站功率因素合格率指標(biāo)，必須對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝地點(diǎn)、補(bǔ)償容量、補(bǔ)償方式要有一個(gè)系統(tǒng)的管理，通過(guò)調(diào)度中心的監(jiān)測(cè)和潮流分析，及時(shí)投切補(bǔ)償裝置，保證電網(wǎng)運(yùn)行的功率因素合格率指標(biāo)能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。此外，根據(jù)負(fù)荷及無(wú)功電壓情況及時(shí)投退配網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置；安裝電力用戶的無(wú)功補(bǔ)償裝置，并督促用戶采取措施，及時(shí)投退無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以保證功率因數(shù)達(dá)到規(guī)定要求。

(2)加強(qiáng)風(fēng)電的入網(wǎng)規(guī)劃及管理

在風(fēng)電場(chǎng)的入網(wǎng)規(guī)劃中，應(yīng)要求風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站高壓側(cè)功率因數(shù)按 1.0配置，其無(wú)功補(bǔ)償裝置最好采用可以連續(xù)調(diào)節(jié)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器或其他更為先進(jìn)的設(shè)備，原則上不允許風(fēng)電在發(fā)電時(shí)向電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，否則將導(dǎo)致電網(wǎng)無(wú)功功率不足，電網(wǎng)線路的電壓下降，嚴(yán)重影響用戶的電能質(zhì)量。

(3)加強(qiáng)變電站內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行管理

運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視及維護(hù)，及時(shí)消除設(shè)備缺陷、解除保護(hù)閉鎖，以確保AVC主站下發(fā)的命令能正常運(yùn)行；當(dāng)發(fā)現(xiàn)本站電壓或功率因數(shù)越限，電容器卻未動(dòng)作時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)調(diào)度員并采取人工干預(yù)。對(duì)未納入AVC閉環(huán)控制的變電站，應(yīng)按照“逆調(diào)壓”原則進(jìn)行電壓及功率因數(shù)的調(diào)整，在低谷時(shí)段盡量將電容器退出。

(4)加強(qiáng)大用戶的無(wú)功管理

各供電局、營(yíng)銷部應(yīng)根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)營(yíng)銷[2007]655號(hào)《國(guó)家電網(wǎng)公司業(yè)擴(kuò)供電方案編制導(dǎo)則(試行)》文要求設(shè)計(jì)及安裝電力用戶的無(wú)功補(bǔ)償裝置，并督促用戶采取措施，及時(shí)投退無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以保證功率因數(shù)達(dá)到規(guī)定要求。

(5)選擇合適的無(wú)功補(bǔ)償容量

對(duì)于電力電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置，除了安裝、投切時(shí)間外，電力電容器容量的選擇也是一項(xiàng)重要內(nèi)容，無(wú)功補(bǔ)償裝置用途不同，所需的電力電容器容量不同，可根據(jù)提高功率因數(shù)、提高運(yùn)行電壓和降低線路損失的目的來(lái)確定補(bǔ)償容量。

①以提高功率因數(shù)為目的

通過(guò)以提高功率因數(shù)為目的來(lái)確定電網(wǎng)所需的無(wú)功補(bǔ)償容量，該方法具有簡(jiǎn)便明確的特點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外使用最多的。此時(shí)，電網(wǎng)所需補(bǔ)償電容器的容量計(jì)算公式為：

Qc=Q1-Q2=Ppj·(tgφ1-tgφ2)

(2)

②以提高電壓幅值為目的

此時(shí)，電網(wǎng)所需無(wú)功補(bǔ)償電容器的容量為

(3)

式中：△U為電網(wǎng)輸電線路的電壓降(V)；U2指無(wú)功補(bǔ)償后電網(wǎng)預(yù)期達(dá)到的電壓值(V)；X為輸電線路的阻抗(Ω)。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，變電站的無(wú)功功率合格率指標(biāo)明顯增加，每日運(yùn)行基本能滿足建省電力公司的調(diào)運(yùn)〔2008〕47號(hào)文件中《福建電網(wǎng)無(wú)功電壓運(yùn)行管理及考核辦法》的規(guī)定。

5 結(jié)論

目前，針對(duì)變電站功率因素合格率指標(biāo)普遍偏低的問(wèn)題，本文首先詳細(xì)闡述功率因素合格率指標(biāo)的概率和意義；其次，重點(diǎn)分析導(dǎo)致變電站功率合格率指標(biāo)偏低的原因；最后，根據(jù)實(shí)際的原因和變電站的運(yùn)行情況相結(jié)合，提出保障功率因素合格率指標(biāo)的措施。本文提出的措施為變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要的作用?，F(xiàn)總結(jié)如下：

第一，變電站功率因數(shù)合格率指標(biāo)是電網(wǎng)運(yùn)行中一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，其直接影響電網(wǎng)的電壓質(zhì)量、有功損耗、傳輸效率等參數(shù)的變化，功率因素合格率指標(biāo)下降將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓質(zhì)量下降、輸電線路有功損耗增加、傳輸效率大大降低以及造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須重視變電站功率因素合格率指標(biāo)，對(duì)該指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

第二，改善和優(yōu)化變電站功率因數(shù)合格率指標(biāo)，不但降低輸電線路有功功率損失和系統(tǒng)電能的損耗，而且通過(guò)對(duì)功率因素合格率指標(biāo)的控制還可實(shí)現(xiàn)電壓質(zhì)量的優(yōu)化，并大大提高輸電線路的功功率的傳輸效率。

第三，分析改進(jìn)和優(yōu)化功率因數(shù)措施時(shí)，不同的實(shí)際情況采取不同的措施，注意同時(shí)或分別采用“節(jié)流”和“工源”的措施，綜合考慮各種新能源接入的影響，在初步設(shè)計(jì)新能源的時(shí)候降低新能源對(duì)電網(wǎng)的沖擊程度，同時(shí)對(duì)大負(fù)荷的用戶進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償，保證電網(wǎng)能穩(wěn)定、持久運(yùn)行。

第四，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，電力電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置在選擇補(bǔ)償容量時(shí)，并不是選定后就一成不變，還需根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷參數(shù)的變化，進(jìn)行相應(yīng)的變化，及時(shí)投切，只有這樣才能降低電網(wǎng)電壓的波動(dòng)幅度、改進(jìn)和優(yōu)化補(bǔ)償裝置、實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益、簡(jiǎn)化運(yùn)行時(shí)的無(wú)功管理工作。

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The Discussion on Qualified Rate in Substation Power Factors

FAN Deng-fu

(State Grid Yongding District of Longyan Power Supply Corporation,Longyan 364100,China)

This paper elaborated the qualified rate of power factor index of the probability and meaning;Secondly,analyzed the cause of substation power low qualification rate indexes;Finally,according to the actual reasons and substation operation combining,puts forward protection measures of power factor qualified rate index.This paper puts forward the measures of provides a reliable guarantee for the stable operation of the transformer substation,play an important role in the practical engineering application.

power factor;reactive compensation;reactive power source;reactive power optimization

1004-289X(2017)01-0008-04

TM71

B

2016-05-27

范登富(1988-)，男，福建省永定縣人，本科，助理工程師，主要從事配網(wǎng)設(shè)計(jì)。