范登富

(國網(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的探討

范登富

(國網(wǎng)龍巖市永定區(qū)供電公司，福建 龍巖 364100)

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

功率因素;無功補償;無功電源;無功優(yōu)化

1 引言

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

電壓質量是衡量我國電力行業(yè)電能質量的重要標準之一，調節(jié)和控制電力系統(tǒng)的無功電壓可以有效提高系統(tǒng)的功率因素，從而保證電壓質量達標，滿足用戶的用電需求，提高電力系統(tǒng)的可靠性，降低整個電力系統(tǒng)的網(wǎng)損，保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行[3]。因此，對電力系統(tǒng)的無功補償一直都是電力系統(tǒng)研究人員和運行人員的研究重點[4]。

目前，福建省的變電站功率因素合格率普遍偏低，導致輸電線路的有功損耗增加，用戶電壓質量下降，嚴重影響電力系統(tǒng)設備的穩(wěn)定運行[5]。因此，對變電站功率因素合格率指標進行深入研究，具有重要意義。

鑒于變電站功率因素合格率指標偏低的問題，本文首先詳細闡述功率因素合格率指標的概率和意義；其次，重點分析導致變電站功率合格率指標偏低的原因；最后，根據(jù)實際的原因和變電站的運行情況相結合，提出保障功率因素合格率指標的措施。本文提出的措施為變電站的穩(wěn)定運行提供了可靠的保障，在實際工程應用中具有重要的作用。

2 功率因素合格率指標的提出及現(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。功率因素對于電網(wǎng)的運行具有重要的作用，當電網(wǎng)的功率因素較低時，電網(wǎng)的電壓較高，發(fā)電機的損耗增加，電網(wǎng)的無功潮流發(fā)生變化，使得原本平衡的無功分布不在平衡，造成電網(wǎng)線路中部分點電壓偏低，電能質量下降，輸電線路中的損耗增加[6]。因此，對于高電壓等級的變電站若不能控制好功率因素，線路的損耗將更多，嚴重影響電能質量。

電網(wǎng)的功率因素合格率指標下降會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下，其傳輸?shù)挠泄β蔖與電網(wǎng)的功率因素的關系式如下所示：

(1)

式中，U為線路的電壓等級;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運〔2008〕47號文件中《福建電網(wǎng)無功電壓運行管理及考核辦法》的規(guī)定，在該考核辦法中提出：電網(wǎng)運行高峰時段(8:00～22:30)，電網(wǎng)供功率因素應控制在0.95～1.0，而電網(wǎng)運行在低谷時段(23:30～次日7:00)，電網(wǎng)功率因素應控制在0.9～0.97，且不應出現(xiàn)220kV主變220kV側無功倒送主網(wǎng)現(xiàn)象，要求每5分鐘作為一個考核點，全日288個點。功率因數(shù)合格率采用日分站統(tǒng)計，月全地區(qū)考核，地區(qū)網(wǎng)供力率月合格率低于95%，該月績效不得分；地區(qū)網(wǎng)供力率月合格率高于95%，無功電壓管理月度績效得分=網(wǎng)供力率績效考核總分×(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行分析，其中一變電站的110kV主變部分運行日報表如表1所示。

表1 110kV主變饋線運行日報表

由表1可知，電網(wǎng)運行低谷時段，110kV側的功率因素達標率低，運行高峰時段雖達標率比低谷時段的高，但是并沒有達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題，因此，研究如何提高變電站功率因素合格指標具有重要的研究價值。

3 造成變電站功率因素合格指標偏低的原因

(1)采用主變調檔的無功補償能力低

在變電站主設備停役或檢修的情況下，通過主變調檔進行無功調節(jié)能力降低，負荷轉移至相關母線段時，而相應的母線段上的無功配置是一定的，只能在電容器容量范圍內提供無功補償，在重載情況下難免出現(xiàn)無功不足的情況。受到轉電路徑的限制，該情況在調度方案上無法進行有實際意義的調整，尤其對于龍巖地區(qū)110kV電壓等級的發(fā)電廠較少，無法提供電壓支撐。

(2)變電站所供負荷部分為連續(xù)性生產(chǎn)性負荷

變電站所供負荷部分為連續(xù)性生產(chǎn)性負荷，對于連續(xù)性負荷全天無明顯峰谷差異，若低谷時段要求220kV變電站退出電容來降低功率因素，這樣側處理措施會造成10kV電壓不達標，最終導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220kV電壓較高時，為保證110kV電壓不越上限(121kV)，主變只能放在較低檔位，與此同時若10kV負荷較重，10kV電壓也可能越下限。為提高10kV電壓，即使在低谷時候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)部分負荷側功率因數(shù)偏高，地域之間不平衡

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

(4)電纜、空載或輕載線路低谷時段充電功率無法吸收

對于龍巖市區(qū)變電站出線中空、輕載線路、紅山變出線中長線路居多，同時負荷側功率因數(shù)都較高，低谷時段線路的充電功率無法消耗，導致低谷時段即使片區(qū)內電容器均已退出，功率因數(shù)仍居高不下。

(5)小水電的接入影響，低谷時段向系統(tǒng)倒送無功

龍巖地區(qū)，小水電集中在在永泰、閩清地區(qū)(分別通過高岐變、閩清變上網(wǎng))，電網(wǎng)運行低谷時段，其多余無功功率無法消耗，相對過剩，導致功率因數(shù)偏高；在豐水期，當?shù)赜泄颈黄胶馍踔谅杂械顾?，過剩的無功可能導致功率因數(shù)越至第二、四象限，若按目前省調的考核辦法來計算功率因數(shù)的絕對值又偏低。

(6)各網(wǎng)廠不協(xié)調

龍巖地區(qū)的漳平火電廠出力，而各個大小水電出力不均，即使地區(qū)功率因數(shù)調整較好，但在計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，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 改進和優(yōu)化措施

(1)加強配網(wǎng)無功管理

目前用于電力系統(tǒng)無功補償?shù)姆椒ǚ倍?，適用的場合也不盡相同，對于高壓變電站一般采取電力電容器作為補償裝置進行無功補償，該方法也是目前國內外廣泛選擇的無功補償方法[7-8]。眾所周知，使用電力電容的無功補償裝置安裝方便、建設周期短、造價低、運行維護簡便、自身損耗小，然而在使用時存在短路穩(wěn)定性差、損壞不能修復等不足。電力電容器無功補償裝置有串聯(lián)補償和并聯(lián)補償兩種接線方式，具體如下：

串聯(lián)補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。這種方法一般應用于高壓遠距離輸電線路上，用電單位很少采用。

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

為提高變電站功率因素合格率指標，必須對無功補償裝置的安裝地點、補償容量、補償方式要有一個系統(tǒng)的管理，通過調度中心的監(jiān)測和潮流分析，及時投切補償裝置，保證電網(wǎng)運行的功率因素合格率指標能達到標準。此外，根據(jù)負荷及無功電壓情況及時投退配網(wǎng)無功補償裝置；安裝電力用戶的無功補償裝置，并督促用戶采取措施，及時投退無功補償設備，以保證功率因數(shù)達到規(guī)定要求。

(2)加強風電的入網(wǎng)規(guī)劃及管理

在風電場的入網(wǎng)規(guī)劃中，應要求風電場升壓變電站高壓側功率因數(shù)按 1.0配置，其無功補償裝置最好采用可以連續(xù)調節(jié)的靜止無功補償器或其他更為先進的設備，原則上不允許風電在發(fā)電時向電網(wǎng)吸收無功功率，否則將導致電網(wǎng)無功功率不足，電網(wǎng)線路的電壓下降，嚴重影響用戶的電能質量。

(3)加強變電站內無功補償裝置的運行管理

運行人員應加強無功補償設備的運行監(jiān)視及維護，及時消除設備缺陷、解除保護閉鎖，以確保AVC主站下發(fā)的命令能正常運行；當發(fā)現(xiàn)本站電壓或功率因數(shù)越限，電容器卻未動作時，應及時匯報調度員并采取人工干預。對未納入AVC閉環(huán)控制的變電站，應按照“逆調壓”原則進行電壓及功率因數(shù)的調整，在低谷時段盡量將電容器退出。

(4)加強大用戶的無功管理

各供電局、營銷部應根據(jù)國家電網(wǎng)營銷[2007]655號《國家電網(wǎng)公司業(yè)擴供電方案編制導則(試行)》文要求設計及安裝電力用戶的無功補償裝置，并督促用戶采取措施，及時投退無功補償設備，以保證功率因數(shù)達到規(guī)定要求。

(5)選擇合適的無功補償容量

對于電力電容器無功補償裝置，除了安裝、投切時間外，電力電容器容量的選擇也是一項重要內容，無功補償裝置用途不同，所需的電力電容器容量不同，可根據(jù)提高功率因數(shù)、提高運行電壓和降低線路損失的目的來確定補償容量。

①以提高功率因數(shù)為目的

通過以提高功率因數(shù)為目的來確定電網(wǎng)所需的無功補償容量，該方法具有簡便明確的特點，是目前國內外使用最多的。此時，電網(wǎng)所需補償電容器的容量計算公式為：

Qc=Q1-Q2=Ppj·(tgφ1-tgφ2)

(2)

②以提高電壓幅值為目的

此時，電網(wǎng)所需無功補償電容器的容量為

(3)

式中：△U為電網(wǎng)輸電線路的電壓降(V)；U2指無功補償后電網(wǎng)預期達到的電壓值(V)；X為輸電線路的阻抗(Ω)。

通過以上措施的實施，變電站的無功功率合格率指標明顯增加，每日運行基本能滿足建省電力公司的調運〔2008〕47號文件中《福建電網(wǎng)無功電壓運行管理及考核辦法》的規(guī)定。

5 結論

目前，針對變電站功率因素合格率指標普遍偏低的問題，本文首先詳細闡述功率因素合格率指標的概率和意義；其次，重點分析導致變電站功率合格率指標偏低的原因；最后，根據(jù)實際的原因和變電站的運行情況相結合，提出保障功率因素合格率指標的措施。本文提出的措施為變電站的穩(wěn)定運行提供了可靠的保障，在實際工程應用中具有重要的作用?，F(xiàn)總結如下：

第一，變電站功率因數(shù)合格率指標是電網(wǎng)運行中一個至關重要的參數(shù)，其直接影響電網(wǎng)的電壓質量、有功損耗、傳輸效率等參數(shù)的變化，功率因素合格率指標下降將導致電網(wǎng)電壓質量下降、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)濟損失。因此，必須重視變電站功率因素合格率指標，對該指標實時監(jiān)測；

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

第三，分析改進和優(yōu)化功率因數(shù)措施時，不同的實際情況采取不同的措施，注意同時或分別采用“節(jié)流”和“工源”的措施，綜合考慮各種新能源接入的影響，在初步設計新能源的時候降低新能源對電網(wǎng)的沖擊程度，同時對大負荷的用戶進行監(jiān)測，并進行相應的無功補償，保證電網(wǎng)能穩(wěn)定、持久運行。

第四，從技術、經(jīng)濟觀點出發(fā)，電力電容器無功補償裝置在選擇補償容量時，并不是選定后就一成不變，還需根據(jù)電網(wǎng)負荷參數(shù)的變化，進行相應的變化，及時投切，只有這樣才能降低電網(wǎng)電壓的波動幅度、改進和優(yōu)化補償裝置、實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益、簡化運行時的無功管理工作。

[1] 彭博.電力系統(tǒng)中功率因素的分析[J].技術與市場,2014,(1)：143-144.

[2] 林文杰.提高功率因素的方法及與電費關系探討[J].電子世界,2014,(2)：75-80.

[3] 艾永樂,鄭建云.影響電力系統(tǒng)中諧波功率潮流分布的因素分析[J].煤礦機電,2014,(5)：14-17.

[4] 趙帆,楊燕翔,易忠堯.基于相關因素及空間分布的風電功率預測研究[J].電子世界,2014,(21)：77-81.

[5] 王勃,馮雙磊,劉純.考慮預報風速與功率曲線因素的風電功率預測不確定性估計[J].電網(wǎng)技術,2014,(2)：66-71.

[6] 鮑薇,胡學浩,李光輝,等.提高負荷功率均分和電能質量的微電網(wǎng)分層控制[J].中國電機工程學報,2013,(34):61-64.

[7] 易馳韡,胡澤春,宋永華.考慮注入功率分布的隨機最優(yōu)潮流方法[J].電網(wǎng)技術,2013,(2)：34-39.

[8] 劉家軍,閆泊,姚李孝,等.基于功率傳遞并網(wǎng)方式的聯(lián)絡線功率波動研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2012,(4)：101-105.

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)設計。