用電企業(yè)輕負(fù)載功率因數(shù)降低原因及對策分析

摘要：文章對用電企業(yè)配電網(wǎng)輕負(fù)載時(shí)功率因數(shù)降低的原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)降低是由于企業(yè)配電網(wǎng)輕負(fù)載時(shí)系統(tǒng)無功功率過剩造成的，并給出了一些改進(jìn)措施以供參考。

關(guān)鍵詞：用電企業(yè)；輕負(fù)載；功率因數(shù)；無功功率；配電網(wǎng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM714 文章編號：1009-2374（2015）17-0151-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.076

近年來，隨著用電企業(yè)配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一些企業(yè)出現(xiàn)了配電網(wǎng)輕負(fù)載時(shí)功率因數(shù)降低的現(xiàn)象，有些企業(yè)功率因數(shù)甚至低于電業(yè)局的考核標(biāo)準(zhǔn)，遭到了電業(yè)局的處罰，給企業(yè)造成了不小損失。然而，電力系統(tǒng)無功功率過剩，可能會導(dǎo)致配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平較高，再加上上級電網(wǎng)負(fù)載較輕時(shí)供電電壓水平本身偏高，雙重因素疊加對設(shè)備的各項(xiàng)性能產(chǎn)生不利影響，甚至還可能擊穿企業(yè)配電網(wǎng)絕緣薄弱點(diǎn)，造成電網(wǎng)波動(dòng)、設(shè)備停電、設(shè)備使用壽命縮短或損壞，影響電網(wǎng)的安全性及可靠性。因此，為減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失及提高企業(yè)配電網(wǎng)設(shè)備的安全性與可靠性，應(yīng)當(dāng)分析配電網(wǎng)無功功率過剩的具體原因并探索解決措施。

1 無功剩余原因分析

1.1 采用大量電纜

電纜線路有占地面積小、供電較可靠、觸電幾率小、運(yùn)行維護(hù)方便、美化企業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，很多企業(yè)配電網(wǎng)都采用了大量電纜線路。很多用電企業(yè)在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，配電網(wǎng)中并未投入任何容性無功功率補(bǔ)償裝置，也無任何大功率容性負(fù)載，但是系統(tǒng)中無功功率依然過剩，造成系統(tǒng)功率因數(shù)偏低。在這種情況下，有些企業(yè)運(yùn)行人員不對功率因數(shù)降低原因加以仔細(xì)探究，不對此時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，盲目采取投入容性無功功率補(bǔ)償裝置的措施，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)功率因數(shù)，同時(shí)增加了配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。這種現(xiàn)象可能是由于用電企業(yè)配電網(wǎng)中采用了大量的電纜線路造成的，這些電纜總長度少則幾十公里、多則幾百公里，而且電纜線路對地電容及相間電容比較大，充當(dāng)了系統(tǒng)的無功功率電源，當(dāng)輕負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)無功負(fù)荷減少，不能完全消耗電纜線路等效電容發(fā)出的無功功率造成無功功率過剩，最后向電業(yè)局反送無功功率，降低了企業(yè)配電網(wǎng)的功率因數(shù)。

1.2 無功補(bǔ)償裝置未及時(shí)切除

當(dāng)配電網(wǎng)感性負(fù)載較重時(shí)，企業(yè)配電網(wǎng)可能已經(jīng)投入了容性無功功率補(bǔ)償裝置，如并聯(lián)電容器，但是當(dāng)感性負(fù)載減輕時(shí)，并未及時(shí)退出容性無功功率補(bǔ)償裝置，如果此時(shí)形成了過度補(bǔ)償，也會導(dǎo)致系統(tǒng)無功電源過剩，導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)降低。過度補(bǔ)償還可能造成電壓升高，由于電容無功功率輸出容量隨電壓的升高而增大，會進(jìn)一步加深過度補(bǔ)償程度，最終可能造成用戶設(shè)備損壞、不能正常運(yùn)行或影響設(shè)備使用壽命。

1.3 變頻器運(yùn)行模式

近年來隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)被廣泛用于機(jī)床、電梯、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、泵類等負(fù)載。較之傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，通過變頻器進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)有一系列優(yōu)點(diǎn)，比如節(jié)能，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)非常方便，能夠在大范圍內(nèi)進(jìn)行高效平滑速度調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制更易實(shí)現(xiàn)，能夠較高頻率地對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟停運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)高速驅(qū)動(dòng)也能實(shí)現(xiàn)，能夠在多種工作環(huán)境下進(jìn)行工作，能夠使用一臺變頻器對多臺電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度調(diào)整。有些企業(yè)為了節(jié)能，未進(jìn)行充分調(diào)查研究，使用了大量的變頻器，但是對變頻器的工作模式卻不甚了解，選用了不匹配的變頻器，給系統(tǒng)造成了不良后果。圖1是變頻器的一般原理圖，從圖中可以看出，變頻器直流中間電路主要元件為大容量的電解電容，如果使用不當(dāng)，極有可能讓該電容向系統(tǒng)反送無功功率，造成系統(tǒng)無功功率過剩，最終致使系統(tǒng)功率因數(shù)降低。

2 對策探討

第一，當(dāng)配電網(wǎng)感性負(fù)載較輕時(shí)，可以考慮不退出空載或輕載的吸收感性無功功率的設(shè)備，如變壓器、異步電機(jī)等。甚至可以考慮將負(fù)荷較重的設(shè)備，由備用設(shè)備分擔(dān)，以消化系統(tǒng)多余無功功率，當(dāng)然也要加強(qiáng)系統(tǒng)無功功率剩余量的監(jiān)視，不要造成系統(tǒng)無功功率不足，無功功率不足會導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平降低，增加線路損耗，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性。因此，增加投入消耗無功功率設(shè)備時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)剩余無功功率的監(jiān)視，當(dāng)系統(tǒng)功率因數(shù)為感性且符合電業(yè)局考核標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)停止投入。在確保供電可靠性的情況下，配電網(wǎng)輕負(fù)載時(shí)，可以將某些備用電纜線路停用，減少系統(tǒng)無功功率電源。

第二，變頻器企業(yè)可以考慮在變頻器內(nèi)設(shè)置無功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)變頻器向系統(tǒng)反送無功功率時(shí)，就地自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。企業(yè)用戶在考慮使用變頻器時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分的調(diào)查研究，不是所有電機(jī)類設(shè)備都有必要使用變頻器，使用不當(dāng)不僅不能節(jié)能，而且可能影響設(shè)備的運(yùn)行性能，產(chǎn)生高次諧波引起電壓波形畸變，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和發(fā)熱。如果確有必要使用變頻器時(shí)要與廠家進(jìn)行充分溝通，如果變頻器用量較大，可以考慮要求變頻器廠家根據(jù)本企業(yè)實(shí)際情況設(shè)計(jì)專用變頻器，不管采用何種變頻器，企業(yè)用戶應(yīng)當(dāng)了解變頻器各種工作模式，加強(qiáng)對運(yùn)行維護(hù)人員的培訓(xùn)，確保配電網(wǎng)負(fù)載較輕時(shí)，不向系統(tǒng)反送無功功率。

第三，用電企業(yè)可在無功功率反送嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)配備無功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，輕負(fù)載時(shí)對系統(tǒng)多余的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。對電纜線路特別多的企業(yè)，可以在企業(yè)主變電站集中分組配置并聯(lián)電抗器等補(bǔ)償設(shè)備。采用并聯(lián)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償，一般通過度補(bǔ)償度來確定補(bǔ)償容量，補(bǔ)償度一般取40%～80%。補(bǔ)償度KB=QL/QC（QL為并聯(lián)電抗器容量，QC電纜充電功率）。在變電站投運(yùn)初期負(fù)載較少，是并聯(lián)電抗器需要量最大的時(shí)期，決定了變電站應(yīng)安裝并聯(lián)電抗器的總?cè)萘俊ｌo止無功補(bǔ)償器（SVC）是一種可以控制無功功率的補(bǔ)償裝置，可進(jìn)行連續(xù)感性和容性無功功率調(diào)節(jié)，可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)無功功率變化情況進(jìn)行補(bǔ)償，但是成本較高。對于無功負(fù)荷變化較快的企業(yè)，如果需要頻繁投切補(bǔ)償裝置，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，也可以考慮采用靜止無功補(bǔ)償器或靜止無功發(fā)

生器。

第四，電纜線路的等效電容隨著電纜橫切面積的增大而增大。因此，企業(yè)在選用配電電纜的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況采用滿足需要的電纜。有些企業(yè)為了留有足夠的備用容量，電纜橫切面積往往選得比較大，超出實(shí)際需求較多，不僅增加了企業(yè)成本支出，浪費(fèi)了金屬資源，而且對系統(tǒng)無功平衡也造成了影響。

3 結(jié)語

企業(yè)配電網(wǎng)的無功功率平衡問題，要從規(guī)劃設(shè)計(jì)開始就要進(jìn)行充分準(zhǔn)確的調(diào)查研究。企業(yè)選用無功功率補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)考慮包括后期可預(yù)見擴(kuò)建工程在內(nèi)的電纜配電線路的自身電容以及系統(tǒng)中的其他容性負(fù)荷，并結(jié)合以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，配置合理的無功功率補(bǔ)償容量，對于大量采用電纜線路及變頻器的用電企業(yè)，應(yīng)考慮配備適當(dāng)容量的感性無功功率補(bǔ)償設(shè)備。用電企業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)變電站時(shí)，不僅要考慮系統(tǒng)配備足夠的無功功率備用容量，同時(shí)也要根據(jù)企業(yè)運(yùn)行情況，防止配電網(wǎng)多余無功功率反送至電業(yè)局，給企業(yè)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和帶來一些安全隱患。新建工程中，應(yīng)當(dāng)充分注意保留無功功率補(bǔ)償設(shè)備的擴(kuò)展空間，特別是吸收多余無功功率的設(shè)備，以免后期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，難以進(jìn)行擴(kuò)展造成不便及經(jīng)濟(jì)損失。企業(yè)選用配電電纜時(shí)，應(yīng)當(dāng)對實(shí)際需求進(jìn)行充分調(diào)查分析，盡量根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，不要盲目選擇大橫切面積電纜，給后期系統(tǒng)無功功率平衡造成不便。企業(yè)配電網(wǎng)選用其他新產(chǎn)品、新設(shè)備時(shí)，特別是大規(guī)模投入某種設(shè)備時(shí)，應(yīng)對其各種參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)分析，必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)測試，確保新產(chǎn)品新設(shè)備產(chǎn)生或消耗的無功功率在配電系統(tǒng)的可控可調(diào)范圍內(nèi)。

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作者簡介：張宗壽（1970-），男，四川成都人，四川省機(jī)場集團(tuán)有限公司電氣工程師，研究方向：電氣。

（責(zé)任編輯：蔣建華）