一次功率因数低下的原因分析及防范措施

一次功率因数低下的原因分析及防范措施重庆市电力公司沙坪坝供电局 陈捷【摘要】：本文结合用电客户乙公司投产后，功率因数异常低下被考核力率调整电费的案例，详细分析功率因数低下的原因后，提出了具体的防范措施，提请有关单位注意，应采取各种措施提高功率因数，降低线损，减少不必要的损失。 【关键词】： 功率因数 低下 原因分析 防范措施1.一次接线及运行方式由于乙公司用电容量较大，供电部门在甲变电站架设了110kV双回线路对其供电。投产一个多月内，由北线对两台主变供电，#161、#155、#162、#112开关均处于合闸状态， #156开关断开，南线空载运行，两条线路长约5千米，其一次接线及运行方式见图一：2.力率调整电费的计算供电单位和乙公司的计量结算点设在甲变电站#161和#162，乙公司侧#155、#156安装了电能表用于内部考核。四个计量点采用三相四线计量，计量用互感器型号和准确度等级一致，采用型号为 的多功能电能表，自3月18日投产至4月25日结算期间的电量见表1。表1.结算期间电量表线路名称有功电量（kWh）无功电量（kvarh）总尖峰峰段平段谷段#1619900313507755036300#15580960#1620结算期合计9900313507755036300注：按照供用电营业规则规定，结算期的有无功电量应为#161、#162之和。乙公司变压器容量为KVA，用电类别属大工业，按照重庆市现行电价文件和功率因数调整电费办法，基本电费执行23元/KVA.月，电度电价执行0.4792元/ kWh，功率因数考核标准执行0.90，结算期间的电费计算如下： （1）（1）式中表示电费，表示基本电费，表示电度电费，表示力率调整电费。；，含三峡工程基金等附加电费，不含附加电费，按峰枯峰谷电价计算，计算过程略。 功率因数 （2）功率因数仅为，远低于考核标准，根据功率因数调整电费办法应增加电费89%，力率调整电费 （3）从以上计算看出，乙公司电度电费仅9.99万元，而力率调整电费高达212.76万元，是电度电费的21.3倍，功率因数异常低下是力率调整电费高昂的主要原因。3.功率因数异常低下的原因分析3.1.电能量四象限的定义关于电能四象限,以及有功和无功功率的表示，多功能电能表通信规约中有明确的定义：! l( i: S6 p7 o5 P* nZG电力自动化以坚轴的电压矢量为参考矢量，电流矢量随相位角按顺时针方向旋转，依次表示为I、II、III、IV象限，以北线#161可能出现的四种功率分布状态为例，绘制出多功能电能表的象限测量示意图见图二。从图二看出，#161电能表运行象限与相位角、有无功功率状态保持的对应关系如下：象限：；,输入有功功率，输入感性无功功率；象限：；,输出有功功率，输入容性无功功率；象限：；,输出有功功率，输出感性无功功率；象限：；,输入有功功率，输出容性无功功率。3.2.多功能电能表正反向无功电量的定义方式功率因数调整电费办法规定“向电网倒送无功电量的客户,应按倒送无功电量与实用无功电量两者的绝对值之和,计算平均功率因数”，因此多功能电能表正向无功电量应为、象限无功电量绝对值之和，反向无功电量应为、象限无功电量绝对值之和，基于此，多功能电能表在室内检定均按上述要求设置，以保证功率因数计算的正确性。3.3.功率因数低下原因的分析3.3.1两条线路无功电量的分析从表一的数据发现：（1）北线末端#155无功电量仅为首端#161的30.10%；（2）空载线路南线的首端#162无功电量高达26.07万kVarh。北线首、末两端无功电量差异如此之大，空载运行的南线#162无功电量如此之高，是何原因造成的呢？两条线路对地电容较大是产生上述现象的关键所在，从以下分析足以证明之。3.3.2. 供电线路的等效电路和矢量图为简化分析，将供电线路、线路电阻、对地电容、负载等效为单相电路，等效后的电路图和矢量图见图三：图三中：-线路首端电压，-线路首端电流，R-线路等效电阻，-负载电流，-线路对地电容电流，Z-负载阻抗，C-线路对地等效电容；-更大的对地电容电流，-对应时的首端电流。从矢量图可知，无电容电流时，电能表运行在象限，电路呈感性。如果对地电容电流大，和合成为线路首端电流，电能表由象限转换至象限运行，电流超前于电压的角度增加，无功功率增加，功率因数降低，电路呈容性；如果电容电流越来越大，首端电流的幅值会更大，线路损耗功率也会大大增加，电流超前于电压的角度越来越大，功率因数会更低，从图中虚线部分的变化趋势足以证明。3.3.3.#161、#162电能表四象限无功电量表2：四象限无功电量表（单位：kVarh）线路 象限象限象限象限象限#161000#162000从现场#161、#162电能表抄读的数据来看，只有象限有无功电量值，其他象限无功电量值为0。3.3.4.功率因数异常低下的主要原因依据以上分析，乙公司投产后，由于线路对地电容电流较大，向甲变电站侧倒送无功功率，因此 #161、#162电能表一直运行在象限，从表2的数据足以证实，因为#161、#162电能表只有象限无功电量值，其他象限无功电量值为0，造成线路首端无功电量非常大，这是引起乙公司功率因数异常低下的主要原因。4.防范措施为提高功率因数降低线路损耗，减少不必要的损失，建议采取以下措施。4.1.变压器不宜空载运行或轻载运行，应将负载率调整至0.75左右的最佳范围内。本案例中乙公司的变压器负载率低也是功率因数低下的原因之一。4.2.尽量采用自然功率因数较高的电气设备，降低感性无功功率的消耗。 4.3.感性负载时投入电容器补偿。比如空载或轻载下运行的电动机、变压器，电路呈强感性状态，这时应投入电容器补偿。必须注意：不能过补偿，否则运行至象限同样会使功率因数降低。本文中由于线路对地电容较大，过补偿造成功率因数异常低下就是一个典型的案例。 4.4.容性负载时投入电抗器补偿。比如本案例中，由于线路对地电容较大，电能表运行至象限，电路呈容性状态，这时应投入电抗器补偿电容电流，补偿电气原理不再赘述。注：电路呈容性是特殊运行方式，正常情况不可能出现本运行状态。4.5.合理调整输电线路的运行方式。比如本案例中如果断开#162，合上#156，江泰南线处于热备用状态，#162不会计量无功电量，功率因数自然会大大降低。4.6.安装功率因数表，适时监控功率因数，通过调整运行方式，投切补偿装置，确保功率因数在合理范围之内。综上所述，功率因数低下造成的不必要损失，足以说明提高电气设备经济运行水平的重要性。对用电客户来讲，提高功率因数可以降低力率调整电费；对供电部门来讲，可以降低线路损耗，提高同步发电机的使用效率，达到降损节能的目的，