提高功率因数重视无功补偿___降低配网损耗.doc

提高功率因数重视无功补偿 降低配网损耗李豫温（杭州萧山经济技术开发区热电有限公司,浙江 杭州311200） 摘要：目前，我国配电网的无功补偿容量一般是根据供电营业规则给定的要求达到的功率因数来确定的，而不是依据客户用电时的实际节能效益和最佳的经济功率因数来进行补偿的。文中就如何提高配电网的功率因数，确定无功补偿设备的合理配置和分布，进行无功补偿，搞好无功平衡进行了分析和探讨。关键词：功率因数 无功功率 无功补偿 配电网中图分类号：TM76Improve the power factors and emphasize work compensation, reduce the loss of electricity distribution networkSummary: Generally speaking, up to now, the volume of non-work compensation of our electricity distribution network is settled according to the power factor requested byRegulation of Electricity Supply Operation instead of the actual energy-saving benefit and the top economical power factors. In the article, the author analyses and explores on how to improve the power factor of our electricity distribution network and how to approximately arrange and distribute the equipments.Key Words: power factor, reactive power, reactive compensation, distribution network随着社会的不断发展，人们对电力的需求日益增长，使得用电负荷不断增加，导致配电网络中的电源点也随之大幅增加，其结果是不仅改变了配电系统的网络结构，也造成了系统无功分布的不尽合理，甚至可能使得局部地区无功严重不足、供电质量普遍下降的情况发生。我们知道配电网中的电感性电气设备如变压器、电动机、电焊机、空调器、洗衣机、电冰箱、钠灯、日光灯等投入运行后，不仅要从电力网中吸收有功功率用于做功，而且还要吸收无功功率建立磁场，这样就导致电力客户的自然功率因数一般都比较低。虽然我国对电力客户的用电，规定了必须达到的功率因数标准，但是由于无功功率的作用和影响不象有功功率那样表现的直观，使得“重有功、轻无功”的管理思想在电力客户中普遍存在。加之基层供电管理部门对无功管理的落实不到位、农村经济落后等原因的影响，致使农村配电网的平均功率因数远远低于我国城市配电网的平均功率因数。因此如何进一步合理使用电能，优化农村配电网的无功资源管理，提高配电网功率因数，减少无功损耗，就成为当前农村供用电管理中需要认真研究和解决的重要课题1、功率因数与配电网输送的无功功率和功率损耗的关系我们由公式PSecos可以看出：在配电网输送的视在功率一定时，功率因数cos越高，配电网输送的有功功率P就越大。而配电网中输送无功功率的多少，又关键取决于负荷功率因数的高低。负荷功率因数的高低，决定了配电网传输的无功功率的大小及其功率损耗的大小。负荷的功率因数越低，则需要的无功功率越大，导致配电网中传输的无功功率也越大，从而使得因传输无功造成的功率损耗增大（如表1所示）；当功率因数低于0.7以下时，配电网中无功功率的需量将明显地增大，其造成的功率损耗也将显著地超过因输送有功造成的损耗，使得配电网中的总功率损耗大大增加。由功率因数下降与功率损耗增加的关系式，我们可以计算出功率因数降低与有功功率损耗增加的关系。功率因数下降与功率损耗增加的关系式：P% = （1/cos）2 1100% 式中：P% 功率因数从1.0下降到某一数值时，有功功率损耗增加的百分数； cos 负荷的实际功率因数表1 功率因数降低与有功功率损耗增加的关系表功率因数由1.0降到右列数值时0.950.90.850.80.750.70.650.6有功功率损耗增加P%10.823.538.456.377.8104.1136.7177.8 在配电网结构固定的情况下，当输送的有功功率一定时，配电网输送功率时造成的有功功率总损耗的大小取决于负荷无功功率的变化，如表2所示。由表中可以看出，负荷的功率因数愈低，负荷所需的无功功率愈大，配电网因输送无功功率造成的有功功率损耗也愈大。因此，为了减少配电网输送的无功功率，降低配电网中的功率损耗，在负荷功率因数较低的情况下，必须在负荷点或配电网中进行无功补偿，以提高负荷的功率因数，确保配电网中的无功功率就地平衡。表2 负荷功率因数降低与配网输送的无功功率和功率损耗的关系表负荷的功率因数cos0.90.80.70.60.5Q：P0.48：10.75：11.02：11.33：11.74：1PQ：PP 0.38：10.55：11.04：11.76：13.03：12、提高农村配网功率因数的方法功率因数与无功功率和功率损耗关系密切，功率因数低的实质就是用电设备向电力网中吸收无功功率太高。如要提高配电网所输送负荷的功率因数，就必须设法减少配电网所输送的无功功率。据有关统计资料表明，在农村配网中，电动机消耗的无功功率约占60%，变压器的无功功率约占30%，其余10%消耗在线路上。因此，提高配电网的功率因数，减少无功损耗的途径可以从下述两个方面来进行：一是提高自然功率因数。提高电气设备的自然功率因数的主要方法是：合理选择电动机的容量，尽量与其负载匹配，保持高负载运行状态，避免“大马拉小车”的现象发生。根据负载性质选择不同类型的电动机。加强电动机的维护和保养，提高电动机的检修质量，要保证电动机的定子绕组匝数和电动机的定、转子间的气隙不变。淘汰JO系列电动机，当前农村仍有大量的JO系列电动机在使用，基层供电部门要杜绝新增电力客户使用淘汰的JO系列电动机。合理选择配套变压器的容量，一般情况下，负载系数按50%70%来考虑。改善配套变压器的运行方式，对高低峰负荷差比较大的用电台区可采用并联变压器组式的方式供电，然后依据负荷需求调整变压器的运行方式。采用新系列低损耗变压器，淘汰更新高能耗变压器。及时停用空载设备来减少配电网中各个部分所需的无功功率，特别是要减少负载的无功消耗。推广使用节电新产品和新技术。二是采取人工无功补偿的方式提高功率因数。采用人工无功补偿，可以有效地降低配电网的线损，改善电压质量，提高配电变压器的供电能力和用电设备的出力。以用电设备为例：若将电动机所需全部无功功率给予补偿的话，假设功率因数补偿前为0.7，补偿后达到1.0时，可变损失可减少51，配电变压器的供电能力将提高30。（见表3）提高功率因数可变损耗减少的的计算公式： P% = 1-（cos1/cos2）2100%提高功率因数变压器增加供电能力的计算公式：Sz % =1- ( cos1/cos2) 100% 表3 提高功率因数与降低可变损失和增加变压器供电能力的关系功率因数由右列数值提高到1.00.60.650.70.750.80.850.90.95可变损耗降低P（%）6457.755143.753627.75199.75变压器增加供电能力Sz（%）403530252015105 3、配电网的无功补偿原则在中、低压配电网中我们通常采用并联电容器的方法来实现无功补偿。电容补偿的原则是“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡”。我们知道在功率一定的情况下，如果10KV线路的电流是1A，在0.4KV线路上反应的就是25A，这样在0.4KV线路上产生的损耗就是10KV线路损耗的625倍。农村配电网的无功负荷（包括配电变压器的无功负荷和电感性用电设备的无功负荷）主要集中在低压配电线路上，因而低压无功补偿应是农村配电网降损管理的工作重点。所以，当前供电部门督促电力客户进行无功随机（随器）就地补偿的任务就显的非常迫切。在无功管理方面，基层供电部门要勇于开拓无功经济运行的新领域，以科学的理论为导向，为推广农村电容补偿开辟新的途径。由于保持无功功率的供求平衡是一项比较复杂的综合性技术工作，需要供电和用电双方的密切配合。因此，在具体实施无功补偿时，要注意以下几个方面的问题：要满足线路的无功电力平衡，最大限度地减少有功功率和电能的损耗。要中、低压配电网同时进行，尤其不可忽视低压配电网的补偿。要集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，集中补偿为辅。要降损与调压相结合。针对农村配电网具有线路长、分支多、负荷分散、自然功率因数低、电压降大、有功功率和电能损耗大的特点，在实施电容补偿时要以降损为主，同时兼顾调压。要供电部门补偿与电力客户补偿相结合。由于在配电网的无功损耗中，约有60%的无功功率是消耗在电力客户方面的，因此仅靠供电部门实施无功补偿，显然是不行的。在进行配电网无功功率优化的过程中，必须根据实际情况来确定电力客户从配电网吸收的无功功率与所需补偿无功功率之间的最佳配合比例，实现电力客户从配电网中吸收最小的无功功率之目的。无功补偿的标准要严格按照供电营业规则第四十一条的要求认真落实，切实做好无功电力就地平衡。要严格执行功率因数调整电费的办法，用经济杠杆的手段来调控。对实行功率因数考核的电力客户要安装有止逆装置的无功电能表，防止电力客户向系统倒送无功而影响无功平衡。要做好无功补偿装置投运后的巡视检查工作，提高运行管理水平。由于公用变普遍存在三相负荷差异很大的情况，使得三相功率因数也相差很大，在选择电容补偿装置时要优先选用具有分相自动投切补偿功能的设备。4、无功补偿的容量与补偿位置的确定补偿方式通常应采用集中补偿和随机（随器）补偿相结合的方案。对于30KVA以上的10KV变压器应随器就地补偿；对于7.5KW以上的电动机，年运行在1000小时以上的重点进行就地随机补偿；低压100KVA以上的动力用户必须安装电容补偿装置。安装的自动无功补偿装置，宜采用智能型的自动无功电压综合控制装置。4.1 10KV中压配电网的无功补偿35KV变电站要按主变容量的15%30%配置电容器，在10KV母线上进行集中补偿。10KV中压配电线路实行集中和分散补偿相结合。单点集中补偿的最佳位置是在负荷的集中点或是从线路首端起线路总长的2/3处，补偿容量取全补偿的2/3，这样的补偿节电效率最高可达88以上；对于线路较长或分支较大，负载自然功率因数低的线路可采用分散补偿，补偿容量和位置的确定可参照上述的原则确定。 补偿容量的确定：补偿容量可按下列公式计算求得 式中： Qc为补偿电容的容量 krva WQ为电容补偿前的月用无功电量 krvahWP为电容补偿前的月用有功电量 kwhT 为月用电小时数cos2为电容补偿后计划达到的功率因数4.2 0.4KV低压配电网及电力客户的无功补偿在低压配电网中要提倡安装动态无功自动补偿装置，通过实现动态跟踪补偿负载的无功功率，来增大配电变压器和配电线路的承载率，改善冲击负载所引起的电流冲击，抑制电压波动和电压闪变，提高配电网络的电压水平，从而有效地避免在电网负荷低谷时的无功过剩和电压过高现象。专用变电力客户的无功补偿容量的确定：对专用变的电力客户可采用在低压母线上就地集中补偿的方式进行。补偿容量可按提高功率因数的原则来确定。补偿电容的计算公式为：QcP（tg1- tg2）式中： Qc 补偿电容的容量 krva P 客户最大月负荷有功功率的平均值 tg1、tg2 补偿前后功率因数的正切值为了避免功率因数值cos的较大浮动，在实行集中补偿时，要将需要补偿的电容分成几组并联在0.4KV的母线上，并安装电容自动投切补偿装置，确保电容补偿始终处于最佳补偿状态。公用变随器补偿容量的确定：公用低压配电网必须配置足够的低压无功自动补偿装置，实现无功就地平衡。由于目前配电变压器的空载损失均在额定容量的10以下，对变压器的随器静态无功补偿可按Qc（810%）Se来确定。对于经常空载或低损耗的变压器取8%，重载变压器取10%就能满足补偿之需要。同时还应设法管理好客户的无功补偿装置，逐步实现客户端的无功装置按需自动投切。客户端随机补偿容量的确定：这种方式是按电动机最轻载运行方式进行补偿的，任何情况下都不会过补偿，是最佳的补偿方式。补偿容量的确定可按下面公式来计算。 式中： Qc 补偿电容的容量 krva Io 电动机的空载电流值，可以通过实际测量获得，也可以按额定电流的30估算。 A Ue 电动机的额定电压KV Kd 电动机的极数的系数，不同极数的电动机选取的系数不同。 2极电动机Kd=0.70.75 4极电动机Kd=0.750.8 6极电动机Kd=0.80.85 8极电动机Kd=0.850.925、选择和安装无功补偿装置应注意的问题一是要优化补偿方式，实行多级分组补偿。由于补偿电容器的容量和安装位置的不同，对无功补偿的降损效果、调压程度以及装设电容器本身的经济效果也各不相同。因此，必须从电力系统角度出发，通过计算全网的无功潮流，确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有限的资金发挥最大的效益。在实施配电网的无功补偿时要结合35KV变电站、10KV线路、专用变压器、公用变压器及0.4KV线路等方面通盘考虑，全面落实。二是10KV线路采用杆上无功优化补偿时必须结合实际工程要求来进行：补偿点不宜多。同一条配电线路上宜采用单点补偿，当一条线路需要安装两处电容补偿时，第一处要安装在从线路首端起的2/5处，第二处为线路4/5处，补偿容量按应补容量各半平分安装。补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象发生；另外由于杆上的空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热。控制和保护方式要简化。杆上补偿不设分组投切，采用跌落式熔断器（为便于操作，有条件的可安装无线遥控跌落式熔断器）和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。三是无功补偿位置应尽量选