变电站功率因素合格率指标的探讨

范登富

(国网龙岩市永定区供电公司，福建 龙岩 364100)

变电站功率因素合格率指标的探讨

范登富

(国网龙岩市永定区供电公司，福建 龙岩 364100)

本文首先详细阐述功率因素合格率指标的概率和意义；其次，重点分析导致变电站功率合格率指标偏低的原因；最后，根据实际的原因和变电站的运行情况相结合，提出保障功率因素合格率指标的措施。本文提出的措施为变电站的稳定运行提供了可靠的保障，在实际工程应用中具有重要的作用。

功率因素;无功补偿;无功电源;无功优化

1 引言

近年来，随着我国不断推进电力行业体制改革和转变，全国范围的电力供需矛盾逐步好转，电网电压、电能质量均在一定程度得到较大的改善和优化[1]。然而我国电力行业长期存在重发(电)轻供(电)、不管用电的情况，导致变电站的功率因素合格率指标下降、供电可靠性降低和供电无功电压不足等问题。由于220kV变电站输出无功电压不足，导致部分配电网线损达到20%左右，严重影响用户的电能质量，降低了电网的输电能力[2]。

电压质量是衡量我国电力行业电能质量的重要标准之一，调节和控制电力系统的无功电压可以有效提高系统的功率因素，从而保证电压质量达标，满足用户的用电需求，提高电力系统的可靠性，降低整个电力系统的网损，保障电网的安全、经济、稳定运行[3]。因此，对电力系统的无功补偿一直都是电力系统研究人员和运行人员的研究重点[4]。

目前，福建省的变电站功率因素合格率普遍偏低，导致输电线路的有功损耗增加，用户电压质量下降，严重影响电力系统设备的稳定运行[5]。因此，对变电站功率因素合格率指标进行深入研究，具有重要意义。

鉴于变电站功率因素合格率指标偏低的问题，本文首先详细阐述功率因素合格率指标的概率和意义；其次，重点分析导致变电站功率合格率指标偏低的原因；最后，根据实际的原因和变电站的运行情况相结合，提出保障功率因素合格率指标的措施。本文提出的措施为变电站的稳定运行提供了可靠的保障，在实际工程应用中具有重要的作用。

2 功率因素合格率指标的提出及现状

电网功率因数是电力网中线路中输送的有功功率占电网视在功率的比例，一般采用百分比表示。功率因素对于电网的运行具有重要的作用，当电网的功率因素较低时，电网的电压较高，发电机的损耗增加，电网的无功潮流发生变化，使得原本平衡的无功分布不在平衡，造成电网线路中部分点电压偏低，电能质量下降，输电线路中的损耗增加[6]。因此，对于高电压等级的变电站若不能控制好功率因素，线路的损耗将更多，严重影响电能质量。

电网的功率因素合格率指标下降会造成输电线路的有功功率传输下降。根据电力系统分析理论可知，电网中输电线路在一定的电压等级下，其传输的有功功率P与电网的功率因素的关系式如下所示：

(1)

式中，U为线路的电压等级;R、X为输电线路的电阻和电抗值;tgψ为功率因素的正切值;△U为输电线路的电压降。

图1 功率因素变化图

根据福建省电力公司的调运〔2008〕47号文件中《福建电网无功电压运行管理及考核办法》的规定，在该考核办法中提出：电网运行高峰时段(8:00～22:30)，电网供功率因素应控制在0.95～1.0，而电网运行在低谷时段(23:30～次日7:00)，电网功率因素应控制在0.9～0.97，且不应出现220kV主变220kV侧无功倒送主网现象，要求每5分钟作为一个考核点，全日288个点。功率因数合格率采用日分站统计，月全地区考核，地区网供力率月合格率低于95%，该月绩效不得分；地区网供力率月合格率高于95%，无功电压管理月度绩效得分=网供力率绩效考核总分×(地区网供力率月合格率-95%)/5%。

现以龙岩地区的功率因素合格率情况进行分析，其中一变电站的110kV主变部分运行日报表如表1所示。

表1 110kV主变馈线运行日报表

由表1可知，电网运行低谷时段，110kV侧的功率因素达标率低，运行高峰时段虽达标率比低谷时段的高，但是并没有达到文件考核办法的要求。目前，电网中大部分变电站中的高压变压器普遍存在该问题，因此，研究如何提高变电站功率因素合格指标具有重要的研究价值。

3 造成变电站功率因素合格指标偏低的原因

(1)采用主变调档的无功补偿能力低

在变电站主设备停役或检修的情况下，通过主变调档进行无功调节能力降低，负荷转移至相关母线段时，而相应的母线段上的无功配置是一定的，只能在电容器容量范围内提供无功补偿，在重载情况下难免出现无功不足的情况。受到转电路径的限制，该情况在调度方案上无法进行有实际意义的调整，尤其对于龙岩地区110kV电压等级的发电厂较少，无法提供电压支撑。

(2)变电站所供负荷部分为连续性生产性负荷

变电站所供负荷部分为连续性生产性负荷，对于连续性负荷全天无明显峰谷差异，若低谷时段要求220kV变电站退出电容来降低功率因素，这样侧处理措施会造成10kV电压不达标，最终导致功率因素合格率和电压合格率之间出现矛盾，即在牺牲功率因素的合格率的前提下实现了电压的合格率。

此外，部分220kV变电站主变额定电压参数为(220±8)*1.25%/121/10.5，当220kV电压较高时，为保证110kV电压不越上限(121kV)，主变只能放在较低档位，与此同时若10kV负荷较重，10kV电压也可能越下限。为提高10kV电压，即使在低谷时候AVC仍需要投入电容器，也造成功率因素合格率和电压合格率之间的矛盾，为保证电压的合格率而牺牲了功率因素的合格率。

(3)部分负荷侧功率因数偏高，地域之间不平衡

以龙岩地区为例，龙岩市区负荷侧功率因数偏高。市区负荷以居民生活、办公、宾馆、商业等负荷为主，阻性负荷占较大比例；且配网无功补偿较好，在低谷时段即使10kV的电容器全退出，负荷侧功率因数仍可达0.97～0.98。

(4)电缆、空载或轻载线路低谷时段充电功率无法吸收

对于龙岩市区变电站出线中空、轻载线路、红山变出线中长线路居多，同时负荷侧功率因数都较高，低谷时段线路的充电功率无法消耗，导致低谷时段即使片区内电容器均已退出，功率因数仍居高不下。

(5)小水电的接入影响，低谷时段向系统倒送无功

龙岩地区，小水电集中在在永泰、闽清地区(分别通过高岐变、闽清变上网)，电网运行低谷时段，其多余无功功率无法消耗，相对过剩，导致功率因数偏高；在丰水期，当地有功基本被平衡甚至略有倒送，过剩的无功可能导致功率因数越至第二、四象限，若按目前省调的考核办法来计算功率因数的绝对值又偏低。

(6)各网厂不协调

龙岩地区的漳平火电厂出力，而各个大小水电出力不均，即使地区功率因数调整较好，但在计算变电站全站的功率因数却不合格。正是各网厂不协调，大大影响了220kV和110kV变供电片区的功率因数的合格率。

4 改进和优化措施

(1)加强配网无功管理

目前用于电力系统无功补偿的方法繁多，适用的场合也不尽相同，对于高压变电站一般采取电力电容器作为补偿装置进行无功补偿，该方法也是目前国内外广泛选择的无功补偿方法[7-8]。众所周知，使用电力电容的无功补偿装置安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小，然而在使用时存在短路稳定性差、损坏不能修复等不足。电力电容器无功补偿装置有串联补偿和并联补偿两种接线方式，具体如下：

串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，以改善输电线路参数，降低电压损失，提高其输送能力，降低线路损耗。这种方法一般应用于高压远距离输电线路上，用电单位很少采用。

并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以提高功率因数。这种补偿方法所用的电容器称作并联电容器。目前用电企业都是采用这种补偿方法。

为提高变电站功率因素合格率指标，必须对无功补偿装置的安装地点、补偿容量、补偿方式要有一个系统的管理，通过调度中心的监测和潮流分析，及时投切补偿装置，保证电网运行的功率因素合格率指标能达到标准。此外，根据负荷及无功电压情况及时投退配网无功补偿装置；安装电力用户的无功补偿装置，并督促用户采取措施，及时投退无功补偿设备，以保证功率因数达到规定要求。

(2)加强风电的入网规划及管理

在风电场的入网规划中，应要求风电场升压变电站高压侧功率因数按 1.0配置，其无功补偿装置最好采用可以连续调节的静止无功补偿器或其他更为先进的设备，原则上不允许风电在发电时向电网吸收无功功率，否则将导致电网无功功率不足，电网线路的电压下降，严重影响用户的电能质量。

(3)加强变电站内无功补偿装置的运行管理

运行人员应加强无功补偿设备的运行监视及维护，及时消除设备缺陷、解除保护闭锁，以确保AVC主站下发的命令能正常运行；当发现本站电压或功率因数越限，电容器却未动作时，应及时汇报调度员并采取人工干预。对未纳入AVC闭环控制的变电站，应按照“逆调压”原则进行电压及功率因数的调整，在低谷时段尽量将电容器退出。

(4)加强大用户的无功管理

各供电局、营销部应根据国家电网营销[2007]655号《国家电网公司业扩供电方案编制导则(试行)》文要求设计及安装电力用户的无功补偿装置，并督促用户采取措施，及时投退无功补偿设备，以保证功率因数达到规定要求。

(5)选择合适的无功补偿容量

对于电力电容器无功补偿装置，除了安装、投切时间外，电力电容器容量的选择也是一项重要内容，无功补偿装置用途不同，所需的电力电容器容量不同，可根据提高功率因数、提高运行电压和降低线路损失的目的来确定补偿容量。

①以提高功率因数为目的

通过以提高功率因数为目的来确定电网所需的无功补偿容量，该方法具有简便明确的特点，是目前国内外使用最多的。此时，电网所需补偿电容器的容量计算公式为：

Qc=Q1-Q2=Ppj·(tgφ1-tgφ2)

(2)

②以提高电压幅值为目的

此时，电网所需无功补偿电容器的容量为

(3)

式中：△U为电网输电线路的电压降(V)；U2指无功补偿后电网预期达到的电压值(V)；X为输电线路的阻抗(Ω)。

通过以上措施的实施，变电站的无功功率合格率指标明显增加，每日运行基本能满足建省电力公司的调运〔2008〕47号文件中《福建电网无功电压运行管理及考核办法》的规定。

5 结论

目前，针对变电站功率因素合格率指标普遍偏低的问题，本文首先详细阐述功率因素合格率指标的概率和意义；其次，重点分析导致变电站功率合格率指标偏低的原因；最后，根据实际的原因和变电站的运行情况相结合，提出保障功率因素合格率指标的措施。本文提出的措施为变电站的稳定运行提供了可靠的保障，在实际工程应用中具有重要的作用。现总结如下：

第一，变电站功率因数合格率指标是电网运行中一个至关重要的参数，其直接影响电网的电压质量、有功损耗、传输效率等参数的变化，功率因素合格率指标下降将导致电网电压质量下降、输电线路有功损耗增加、传输效率大大降低以及造成大量的经济损失。因此，必须重视变电站功率因素合格率指标，对该指标实时监测；

第二，改善和优化变电站功率因数合格率指标，不但降低输电线路有功功率损失和系统电能的损耗，而且通过对功率因素合格率指标的控制还可实现电压质量的优化，并大大提高输电线路的功功率的传输效率。

第三，分析改进和优化功率因数措施时，不同的实际情况采取不同的措施，注意同时或分别采用“节流”和“工源”的措施，综合考虑各种新能源接入的影响，在初步设计新能源的时候降低新能源对电网的冲击程度，同时对大负荷的用户进行监测，并进行相应的无功补偿，保证电网能稳定、持久运行。

第四，从技术、经济观点出发，电力电容器无功补偿装置在选择补偿容量时，并不是选定后就一成不变，还需根据电网负荷参数的变化，进行相应的变化，及时投切，只有这样才能降低电网电压的波动幅度、改进和优化补偿装置、实现最大的经济效益、简化运行时的无功管理工作。

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The Discussion on Qualified Rate in Substation Power Factors

FAN Deng-fu

(State Grid Yongding District of Longyan Power Supply Corporation,Longyan 364100,China)

This paper elaborated the qualified rate of power factor index of the probability and meaning;Secondly,analyzed the cause of substation power low qualification rate indexes;Finally,according to the actual reasons and substation operation combining,puts forward protection measures of power factor qualified rate index.This paper puts forward the measures of provides a reliable guarantee for the stable operation of the transformer substation,play an important role in the practical engineering application.

power factor;reactive compensation;reactive power source;reactive power optimization

1004-289X(2017)01-0008-04

TM71

B

2016-05-27

范登富(1988-)，男，福建省永定县人，本科，助理工程师，主要从事配网设计。