用電企業輕負載功率因數降低原因及對策分析

摘要：文章對用電企業配電網輕負載時功率因數降低的原因進行了分析，發現功率因數降低是由于企業配電網輕負載時系統無功功率過剩造成的，并給出了一些改進措施以供參考。

關鍵詞：用電企業；輕負載；功率因數；無功功率；配電網 文獻標識碼：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，隨著用電企業配電網規模的不斷擴大，一些企業出現了配電網輕負載時功率因數降低的現象，有些企業功率因數甚至低于電業局的考核標準，遭到了電業局的處罰，給企業造成了不小損失。然而，電力系統無功功率過剩，可能會導致配電網系統運行電壓水平較高，再加上上級電網負載較輕時供電電壓水平本身偏高，雙重因素疊加對設備的各項性能產生不利影響，甚至還可能擊穿企業配電網絕緣薄弱點，造成電網波動、設備停電、設備使用壽命縮短或損壞，影響電網的安全性及可靠性。因此，為減少企業經濟損失及提高企業配電網設備的安全性與可靠性，應當分析配電網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、運行維護方便、美化企業等優點，很多企業配電網都采用了大量電纜線路。很多用電企業在運行中發現，配電網中并未投入任何容性無功功率補償裝置，也無任何大功率容性負載，但是系統中無功功率依然過剩，造成系統功率因數偏低。在這種情況下，有些企業運行人員不對功率因數降低原因加以仔細探究，不對此時系統負荷性質進行詳細分析，盲目采取投入容性無功功率補償裝置的措施，進一步降低了系統功率因數，同時增加了配電網運行風險。這種現象可能是由于用電企業配電網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，充當了系統的無功功率電源，當輕負載時，系統無功負荷減少，不能完全消耗電纜線路等效電容發出的無功功率造成無功功率過剩，最后向電業局反送無功功率，降低了企業配電網的功率因數。

1.2 無功補償裝置未及時切除

當配電網感性負載較重時，企業配電網可能已經投入了容性無功功率補償裝置，如并聯電容器，但是當感性負載減輕時，并未及時退出容性無功功率補償裝置，如果此時形成了過度補償，也會導致系統無功電源過剩，導致系統功率因數降低。過度補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，會進一步加深過度補償程度，最終可能造成用戶設備損壞、不能正常運行或影響設備使用壽命。

1.3 變頻器運行模式

近年來隨著變頻技術的不斷發展，變頻技術被廣泛用于機床、電梯、空調、風機、泵類等負載。較之傳統的交流拖動系統，通過變頻器進行交流電動機速度調節有一系列優點，比如節能，實現對現有電動機的速度調節非常方便，能夠在大范圍內進行高效平滑速度調節，電動機的正反轉控制更易實現，能夠較高頻率地對電動機進行啟停運轉，能夠實現電氣制動，電動機高速驅動也能實現，能夠在多種工作環境下進行工作，能夠使用一臺變頻器對多臺電動機進行速度調整。有些企業為了節能，未進行充分調查研究，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，極有可能讓該電容向系統反送無功功率，造成系統無功功率過剩，最終致使系統功率因數降低。

2 對策探討

第一，當配電網感性負載較輕時，可以考慮不退出空載或輕載的吸收感性無功功率的設備，如變壓器、異步電機等。甚至可以考慮將負荷較重的設備，由備用設備分擔，以消化系統多余無功功率，當然也要加強系統無功功率剩余量的監視，不要造成系統無功功率不足，無功功率不足會導致系統運行電壓水平降低，增加線路損耗，影響系統穩定性及經濟性。因此，增加投入消耗無功功率設備時，應加強剩余無功功率的監視，當系統功率因數為感性且符合電業局考核標準時，應停止投入。在確保供電可靠性的情況下，配電網輕負載時，可以將某些備用電纜線路停用，減少系統無功功率電源。

第二，變頻器企業可以考慮在變頻器內設置無功功率自動調節裝置，當變頻器向系統反送無功功率時，就地自動進行補償。企業用戶在考慮使用變頻器時，應當進行充分的調查研究，不是所有電機類設備都有必要使用變頻器，使用不當不僅不能節能，而且可能影響設備的運行性能，產生高次諧波引起電壓波形畸變，對通信系統產生干擾，引起電動機振動和發熱。如果確有必要使用變頻器時要與廠家進行充分溝通，如果變頻器用量較大，可以考慮要求變頻器廠家根據本企業實際情況設計專用變頻器，不管采用何種變頻器，企業用戶應當了解變頻器各種工作模式，加強對運行維護人員的培訓，確保配電網負載較輕時，不向系統反送無功功率。

第三，用電企業可在無功功率反送嚴重的節點配備無功功率自動調節裝置，輕負載時對系統多余的無功功率進行補償。對電纜線路特別多的企業，可以在企業主變電站集中分組配置并聯電抗器等補償設備。采用并聯電抗器進行補償，一般通過度補償度來確定補償容量，補償度一般取40%～80%。補償度KB=QL/QC（QL為并聯電抗器容量，QC電纜充電功率）。在變電站投運初期負載較少，是并聯電抗器需要量最大的時期，決定了變電站應安裝并聯電抗器的總容量。靜止無功補償器（SVC）是一種可以控制無功功率的補償裝置，可進行連續感性和容性無功功率調節，可以根據系統實時無功功率變化情況進行補償，但是成本較高。對于無功負荷變化較快的企業，如果需要頻繁投切補償裝置，通過經濟技術比較，也可以考慮采用靜止無功補償器或靜止無功發

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，企業在選用配電電纜的時候，應當根據實際情況采用滿足需要的電纜。有些企業為了留有足夠的備用容量，電纜橫切面積往往選得比較大，超出實際需求較多，不僅增加了企業成本支出，浪費了金屬資源，而且對系統無功平衡也造成了影響。

3 結語

企業配電網的無功功率平衡問題，要從規劃設計開始就要進行充分準確的調查研究。企業選用無功功率補償裝置時，應考慮包括后期可預見擴建工程在內的電纜配電線路的自身電容以及系統中的其他容性負荷，并結合以往運行經驗，配置合理的無功功率補償容量，對于大量采用電纜線路及變頻器的用電企業，應考慮配備適當容量的感性無功功率補償設備。用電企業規劃設計變電站時，不僅要考慮系統配備足夠的無功功率備用容量，同時也要根據企業運行情況，防止配電網多余無功功率反送至電業局，給企業造成不必要的經濟損失和帶來一些安全隱患。新建工程中，應當充分注意保留無功功率補償設備的擴展空間，特別是吸收多余無功功率的設備，以免后期運行中發現問題時，難以進行擴展造成不便及經濟損失。企業選用配電電纜時，應當對實際需求進行充分調查分析，盡量根據實際需要進行選擇，不要盲目選擇大橫切面積電纜，給后期系統無功功率平衡造成不便。企業配電網選用其他新產品、新設備時，特別是大規模投入某種設備時，應對其各種參數進行仔細分析，必要時進行相關測試，確保新產品新設備產生或消耗的無功功率在配電系統的可控可調范圍內。

參考文獻

[1] 黃留欣，等.電力系統容性無功及補償[J].電力電容器與無功補償，2013，34（3）.

[2] 吳正芳.淺談配電網無功過補償的管理[J].浙江電力，2009，（3）.

[3] 原魁，等.變頻器基礎及應用[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[4] 駱敏，祝達康，徐敬友，等.電纜運行對電力系統電壓的影響及其對策[J].供用電，2006，23（2）.

[5] 35～220kV變電站無功補償裝置設計技術規定（DLT 5242-2010）[S].北京：中國電力出版社，2010.

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

（責任編輯：蔣建華）