一次功率因數(shù)低下的原因分析及防范措施

1、一次功率因數(shù)低下的原因分析及防范措施重慶市電力公司沙坪壩供電局 陳捷【摘要】：本文結(jié)合用電客戶(hù)乙公司投產(chǎn)后，功率因數(shù)異常低下被考核力率調(diào)整電費(fèi)的案例，詳細(xì)分析功率因數(shù)低下的原因后，提出了具體的防范措施，提請(qǐng)有關(guān)單位注意，應(yīng)采取各種措施提高功率因數(shù)，降低線損，減少不必要的損失。 【關(guān)鍵詞】： 功率因數(shù) 低下 原因分析 防范措施1.一次接線及運(yùn)行方式由于乙公司用電容量較大，供電部門(mén)在甲變電站架設(shè)了110kV雙回線路對(duì)其供電。投產(chǎn)一個(gè)多月內(nèi)，由北線對(duì)兩臺(tái)主變供電，#161、#155、#162、#112開(kāi)關(guān)均處于合閘狀態(tài)， #156開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，南線空載運(yùn)行，兩條線路長(zhǎng)約5千米，其一次接線及運(yùn)行方式見(jiàn)圖一

2、：2.力率調(diào)整電費(fèi)的計(jì)算供電單位和乙公司的計(jì)量結(jié)算點(diǎn)設(shè)在甲變電站#161和#162，乙公司側(cè)#155、#156安裝了電能表用于內(nèi)部考核。四個(gè)計(jì)量點(diǎn)采用三相四線計(jì)量，計(jì)量用互感器型號(hào)和準(zhǔn)確度等級(jí)一致，采用型號(hào)為 的多功能電能表，自3月18日投產(chǎn)至4月25日結(jié)算期間的電量見(jiàn)表1。表1.結(jié)算期間電量表線路名稱(chēng)有功電量（kWh）無(wú)功電量（kvarh）總尖峰峰段平段谷段#1611551009900313507755036300268950#15511792080960#1620260700結(jié)算期合計(jì)1551009900313507755036300529650注：按照供用電營(yíng)業(yè)規(guī)則規(guī)定，結(jié)算期的有無(wú)功電

3、量應(yīng)為#161、#162之和。乙公司變壓器容量為100000KVA，用電類(lèi)別屬大工業(yè)，按照重慶市現(xiàn)行電價(jià)文件和功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法，基本電費(fèi)執(zhí)行23元/KVA.月，電度電價(jià)執(zhí)行0.4792元/ kWh，功率因數(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行0.90，結(jié)算期間的電費(fèi)計(jì)算如下： （1）（1）式中表示電費(fèi)，表示基本電費(fèi)，表示電度電費(fèi)，表示力率調(diào)整電費(fèi)。；，含三峽工程基金等附加電費(fèi)，不含附加電費(fèi)，按峰枯峰谷電價(jià)計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。 功率因數(shù) （2）功率因數(shù)僅為，遠(yuǎn)低于考核標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法應(yīng)增加電費(fèi)89%，力率調(diào)整電費(fèi) （3）從以上計(jì)算看出，乙公司電度電費(fèi)僅9.99萬(wàn)元，而力率調(diào)整電費(fèi)高達(dá)212.76萬(wàn)元，是

4、電度電費(fèi)的21.3倍，功率因數(shù)異常低下是力率調(diào)整電費(fèi)高昂的主要原因。3.功率因數(shù)異常低下的原因分析3.1.電能量四象限的定義關(guān)于電能四象限,以及有功和無(wú)功功率的表示，多功能電能表通信規(guī)約中有明確的定義：! l( i: S6 p7 o5 P* nZG電力自動(dòng)化以堅(jiān)軸的電壓矢量為參考矢量，電流矢量隨相位角按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，依次表示為I、II、III、IV象限，以北線#161可能出現(xiàn)的四種功率分布狀態(tài)為例，繪制出多功能電能表的象限測(cè)量示意圖見(jiàn)圖二。從圖二看出，#161電能表運(yùn)行象限與相位角、有無(wú)功功率狀態(tài)保持的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：象限：；,輸入有功功率，輸入感性無(wú)功功率；象限：；,輸出有功功率，輸入容性無(wú)

5、功功率；象限：；,輸出有功功率，輸出感性無(wú)功功率；象限：；,輸入有功功率，輸出容性無(wú)功功率。3.2.多功能電能表正反向無(wú)功電量的定義方式功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法規(guī)定“向電網(wǎng)倒送無(wú)功電量的客戶(hù),應(yīng)按倒送無(wú)功電量與實(shí)用無(wú)功電量?jī)烧叩慕^對(duì)值之和,計(jì)算平均功率因數(shù)”，因此多功能電能表正向無(wú)功電量應(yīng)為、象限無(wú)功電量絕對(duì)值之和，反向無(wú)功電量應(yīng)為、象限無(wú)功電量絕對(duì)值之和，基于此，多功能電能表在室內(nèi)檢定均按上述要求設(shè)置，以保證功率因數(shù)計(jì)算的正確性。3.3.功率因數(shù)低下原因的分析3.3.1兩條線路無(wú)功電量的分析從表一的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：（1）北線末端#155無(wú)功電量?jī)H為首端#161的30.10%；（2）空載線路南線的首端#

6、162無(wú)功電量高達(dá)26.07萬(wàn)kVarh。北線首、末兩端無(wú)功電量差異如此之大，空載運(yùn)行的南線#162無(wú)功電量如此之高，是何原因造成的呢？?jī)蓷l線路對(duì)地電容較大是產(chǎn)生上述現(xiàn)象的關(guān)鍵所在，從以下分析足以證明之。3.3.2. 供電線路的等效電路和矢量圖為簡(jiǎn)化分析，將供電線路、線路電阻、對(duì)地電容、負(fù)載等效為單相電路，等效后的電路圖和矢量圖見(jiàn)圖三：圖三中：-線路首端電壓，-線路首端電流，R-線路等效電阻，-負(fù)載電流，-線路對(duì)地電容電流，Z-負(fù)載阻抗，C-線路對(duì)地等效電容；-更大的對(duì)地電容電流，-對(duì)應(yīng)時(shí)的首端電流。從矢量圖可知，無(wú)電容電流時(shí)，電能表運(yùn)行在象限，電路呈感性。如果對(duì)地電容電流大，和合成為線路首端

7、電流，電能表由象限轉(zhuǎn)換至象限運(yùn)行，電流超前于電壓的角度增加，無(wú)功功率增加，功率因數(shù)降低，電路呈容性；如果電容電流越來(lái)越大，首端電流的幅值會(huì)更大，線路損耗功率也會(huì)大大增加，電流超前于電壓的角度越來(lái)越大，功率因數(shù)會(huì)更低，從圖中虛線部分的變化趨勢(shì)足以證明。3.3.3.#161、#162電能表四象限無(wú)功電量表2：四象限無(wú)功電量表（單位：kVarh）線路 象限象限象限象限象限#161000268950#162000260700從現(xiàn)場(chǎng)#161、#162電能表抄讀的數(shù)據(jù)來(lái)看，只有象限有無(wú)功電量值，其他象限無(wú)功電量值為0。3.3.4.功率因數(shù)異常低下的主要原因依據(jù)以上分析，乙公司投產(chǎn)后，由于線路對(duì)地電容電流較

8、大，向甲變電站側(cè)倒送無(wú)功功率，因此 #161、#162電能表一直運(yùn)行在象限，從表2的數(shù)據(jù)足以證實(shí)，因?yàn)?161、#162電能表只有象限無(wú)功電量值，其他象限無(wú)功電量值為0，造成線路首端無(wú)功電量非常大，這是引起乙公司功率因數(shù)異常低下的主要原因。4.防范措施為提高功率因數(shù)降低線路損耗，減少不必要的損失，建議采取以下措施。 4.1.變壓器不宜空載運(yùn)行或輕載運(yùn)行，應(yīng)將負(fù)載率調(diào)整至0.75左右的最佳范圍內(nèi)。本案例中乙公司的變壓器負(fù)載率低也是功率因數(shù)低下的原因之一。    4.2.盡量采用自然功率因數(shù)較高的電氣設(shè)備，降低感性無(wú)功功率的消耗。 4.3.感性負(fù)載

9、時(shí)投入電容器補(bǔ)償。比如空載或輕載下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)、變壓器，電路呈強(qiáng)感性狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)投入電容器補(bǔ)償。必須注意：不能過(guò)補(bǔ)償，否則運(yùn)行至象限同樣會(huì)使功率因數(shù)降低。本文中由于線路對(duì)地電容較大，過(guò)補(bǔ)償造成功率因數(shù)異常低下就是一個(gè)典型的案例。    4.4.容性負(fù)載時(shí)投入電抗器補(bǔ)償。比如本案例中，由于線路對(duì)地電容較大，電能表運(yùn)行至象限，電路呈容性狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)投入電抗器補(bǔ)償電容電流，補(bǔ)償電氣原理不再贅述。注：電路呈容性是特殊運(yùn)行方式，正常情況不可能出現(xiàn)本運(yùn)行狀態(tài)。4.5.合理調(diào)整輸電線路的運(yùn)行方式。比如本案例中如果斷開(kāi)#162，合上#156，江泰南線處于熱備用狀態(tài)，#162不會(huì)計(jì)量無(wú)功電量，功率因數(shù)自然會(huì)大大降低。4.6.安裝功率因數(shù)表，適時(shí)監(jiān)控功率因數(shù)，通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式，投切補(bǔ)償裝置，確保功率因數(shù)在合理范圍之內(nèi)。   綜上所述，功率因數(shù)低下造成的不必要損失，足以說(shuō)明提高電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的重要性。對(duì)用電客戶(hù)來(lái)講，提高功率因數(shù)可以降低力率調(diào)整電費(fèi)；對(duì)供電部門(mén)來(lái)講，可以降低線路損耗，提高同步發(fā)電機(jī)的使用效率，達(dá)到降損