硅谷网学院：提高功率因数实现电网经济运行 |
| 2012-07-23 13:52 作者：李玲 刘斌 丁磊 李 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月23日消息 （原文载于《硅谷》杂志）当电网功率因数较低时，线损增加，供电能力下降，电压质量降低，对电网的经济运行具有很大的影响，本文结合普光气田的实际，分析了影响电力系统功率因数的几个重要因素，并有针对性地采取了相应的措施，实现了电网的经济运行，提高了企业的经济效益。
在电力系统中，功率因数的高低,直接关系到电网功率损耗和电能损耗,关系到供电线路的电压损失和电压波动,进一步关系到电能节约和供电质量。在电网的运行中,功率因数越大越好,可以减少无功功率的消耗。适当提高功率因数,不仅可以充分发挥设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量,而且可以提高用电设备的工作效率,节约电能。普光气田作为一个新开发的气田，供电负荷主要为高含硫天然气的开采、集输、处理等，98%的负荷为一级负荷。电网220kV电源自四川达州电网接入，拥有220kV变电站1座、35kV变电站3座，输配电线路21条，长度总计152公里220/35kV变压器容量18万kVA、35/6kV变压器容量23万kVA。2010年电网建成投运后功率因数保持在0.90左右，年平均负荷37799kW。若能采取有效措施提高电网功率因数,减少电网输送的无功功率，就能够有效降低电能损失,减少电费支出，为企业带来经济效益。
1功率因数对电网运行的影响
当输送一定的有功功率，根据P=UICOSΦ，设供电电压不变，当电网功率因数较低时，系统输送的电流将增大，会对电网运行产生不利影响：
1．1电网网损增加。根据ΔP=I2R，输送电流I增大,将引起电气设备及线路有功损耗增加，且与电流的平方成正比，所以，当功率因数较低时，无功电流的增加将会引起网损的急剧增大。
1.2供电能力下降。由于电网系统输送的无功电流增大，导致总电流增大，而系统的容量相对不变，进而导致输送的有功功率减少，使系统供电能力下降。
1.3电压质量降低。电网系统输送功率过程中，会造成电压的损失，电压损失公式:△U=（PR+QX）/Un，
式中：P----线路传输的有功功率（kW）
Q----线路传输的无功功率（Kvar）
Un----线路额定电压（kV）
R、X----线路电阻、电抗（Ω）
可见，当功率因数较低，输送无功功率Q较大时，经过线路、变压器等供电设备产生的电压损失加大，降低了电网的供电电压质量。特别是当电压质量降低到一定程度，可能会导致用电设备处于不正常运行状态，甚至会发生设备烧毁等恶性事故。
因此功率因数的高低对电网运行具有很大的影响，地方电力部门对企业也作为一个重要指标进行考核，并实施奖励。要实现电网的经济运行，为企业创造更大的经济效益，提高电网功率因数尤为重要。
2气田电网现状及功率因数影响因素分析
2.1普光气田电网中电动机、变压器等无功感性负载占85%以上，供配电设备中存在大量的感性无功电流。同时由于气田供电高可靠性要求，设备容量备用较多，“大马拉小车”、轻载和空载运行情况比较严重，因此无功负荷占用比例较大，造成电网功率因数偏低。
2.2电网并联电容器组无功补偿是提高功率因数的一种有效途径，普光气田电网6kV负荷较多，约占65%左右；其余为0.4kV负荷。对于6kV负荷主要在35kV和6kV系统中采取了集中补偿的方式，对于0.4kV的低压用电负荷，则考虑采用了就地补偿的方式。高压集中补偿主要利用220kV普光变电站的4组35kV电容器组和35kV24组6kV电容器组实行分级补偿。补偿容量可以保证整个电力系统功率因数达到0.95以上。
2.3供电电压对无功功率和功率因数也有一定的影响。当电压高于额定值的10％时，无功功率增长很快，一般将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率虽然会相应减少而使功率因数有所提高，但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。目前普光气田220kV变电站和3座35kV变电站主变均采用了有载调压变压器，电压调整非常方便。
3改进措施
通过对电网功率因数进行调查和研究，制定了确保电网功率因数保持在0.95以上，而且不出现过补偿的目标，并结合普光气田电网实际，主要从技术和管理两方面提出了一些改进措施。将功率因数保持在0.95以上，直接实现节能降耗，减少企业的电费开支，同时提高电能质量，改善电网设备运行条件，保证设备安全可靠工作，确保普光气田安全可靠生产。
3．1采取的技术措施
3.1.1根据普光气田负荷波动较小、相对平稳的实际情况，把无功补偿目标确定为电网功率因数保持在0.96—0.98之间，比较科学合理。同时做好电容器投切和无功补偿管理工作，将220kV普光变电站4组35kV5400kvar的电容器组调整成容量大小不等的4组电容器，配合24组6kV电容器组，根据电网负荷及无功功率分布情况合理调整进行投退，确保功率因数保持在目标范围内。
3.1.2由电压损失的计算公式×100可知，当电网输送的有功功率一定时，输送的无功功率愈大，网络的电压损失愈大，到用户的端电压就愈低。供电电压对功率因数影响很大。当电压高于额定值的10％时，无功功率增长很快，一般将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率虽然会相应减少而使它们的功率因数有所提高，但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。因此，加强对电网各级电压的监测，及时调整35kV和6kV的系统电压，使各变电站的母线电压保持在合理的范围内，既满足系统的正常运行，又使设备的无功消耗保持在经济合理的范围内。
3.1.3合理选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”的现象。电动机的功率因数和效率在70%以上负荷率时最高，在额定功率时的功率因数约为0.85-0.89；而在空载和轻载运行时的功率因数和效率都很低，空载时的功率因数只有0.2-0.3。因此，针对一些电动机的容量与所带负载不匹配情况进行调整，是改善功率因数的一个非常有效的措施。
3.1.4合理调整配电变压器的运行方式，避免变压器长期轻载运行。整个气田电网中有配电变压器80余台，其中部分所带负荷较轻，且负荷性质为二、三级负荷，通过对负荷性质进行分析，适当进行调整，采用停、并、转等形式，提高配电变压器的负载率，达到提高整网功率因数的效果。
3.2采取的管理措施
3.2.1充分利用调度和变电站两级监控手段，加强无功功率和功率因数监控，根据电网负荷情况，重点监控无功功率分布，根据需要及时调整电容器组投退。
3.2.2当系统运行方式变化或负荷产生重大变化时，及时调整电容器组或优化系统运行方式，使功率因数因数保持在目标范围内。
3.2.3定期进行电能平衡测试，研究和分析用电体系的负荷分布情况，分析无功补偿设备的配置是否合理，找出无功补偿过程中存在的问题，有针对性地整改和优化。
4经济效益分析
通过采取以上措施，电网功率因数始终保持在0.96—0.98之间，实现了节能降耗，减少电费支出，同时提高了电能质量，改善了电气设备运行条件，实现了电网经济运行。
4.1电气设备损耗降低直接带来的效益。
变压器有功功率损耗减少量：
△Pk＝Pk×β2×[1-{}2]
Pk--变压器负载损耗β—变压器负荷率
线路有功功率损耗减少量：
P—输送有功率kWU—线路电压kVR—线路电阻Ω
COSφ1—0.90COSφ2—0.97（改进措施后的目标值）
根据普光气田电网设备的各种参数，计算电能损耗降低如下表：
序号 变压器/线路 年减少损耗（kWh）
1 220kV线路 555090
2 35kV线路 300560
3 220kV主变 44413
4 35kV主变 88914
5 其它配变 40000
合计 1028977
折合电费 按0.60元/kWh（不含税价）计算 61.74万元
4.2根据国网公司电价政策，功率因数超过0.9后，每提高0.01，冲减当月电费的0.15%（达到0.95后电费冲减比例不再增加），2011年全年实际冲减电费：195.6万元。
5 结论
通过提高功率因数，实现普光气田电网的经济运行，提升了了企业经济效益，并随着普光气田全面投产和用电负荷的增加，节能降耗效果将更加明显。
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