電力用戶無功管理對電力系統(tǒng)的影響分析

【摘要】本文首先介紹了我國供電企業(yè)無功管理的現(xiàn)狀并針對無功管理存在的問題進行了簡要分析。接著詳細講解了用戶功率因素與節(jié)能降損之間的關(guān)系并對如何管理我國電網(wǎng)用戶功率因數(shù)提出幾點建議，最后給出了用戶無功管理的措施。

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù)；無功管理；節(jié)能降損；措施

1、電力用戶無功管理對電力系統(tǒng)安全運行的影響分析

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，與用戶無功需求和控制電壓技術(shù)及調(diào)節(jié)無功功率分不開的。電力系統(tǒng)的運行特點要求，電源的無功出力要同用電負(fù)荷和供電網(wǎng)絡(luò)消耗的無功時刻保持平衡。

由于用戶無功引起的停電事故很多，例如：1983年12月27日的瑞典大停電事故；1987年7月23日的日本東京電力系統(tǒng)停電事故。瑞典大停電事故使南部系統(tǒng)全停電，停電負(fù)荷11400MW，占整個系統(tǒng)負(fù)荷的67%，電網(wǎng)全部恢復(fù)時間用了7h以上，事故損失2～3億瑞典克郎，約3000～5000萬美元。日本東京大停電事故停電8168MW，影響用戶280萬戶，停電時間最長達3h21min，兩個500kV變電站及一個275kV變電站全站停電，影響日本13條鐵路線停運達3h50min，東京地鐵及私營鐵路停運長達3h，自來水中斷，銀行計算機系統(tǒng)中斷，造成社會生活混亂。

電力用戶無功不足，會影響供電電壓。電力用戶無功需求過大，可能引起電壓崩潰甚至電力系統(tǒng)瓦解；用戶無功過剩，向系統(tǒng)倒送無功，會加大系統(tǒng)和用戶的電力設(shè)備的損耗，對電力設(shè)備不利。用戶無功就地補償，可以有效地提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量。

2、電力用戶無功管理對線路和設(shè)備利用率的影響分析

2.1 用戶無功管理對電氣設(shè)備利用率的影響

電氣設(shè)備的額定電流與額定功率取決于設(shè)備自身的電氣參數(shù)。在設(shè)備的視在功率不變的條件下，提高功率因數(shù)可以多輸送有功功率。功率因數(shù)直接影響電氣設(shè)備的出力。設(shè)備的功率因數(shù)越低，額定電流中無功電流占的比例就越大，有效出力就越?。还β室驍?shù)越高，無功電流占的比例就越小，有效出力就越大。

2.2 用戶無功管理對線路輸送能力的影響

線路輸送的最大電流主要取決于線路的電氣參數(shù)。當(dāng)線路電壓與電流一定時，只有提高功率因數(shù)，才能增加線路輸送的有功功率，提高線路輸送能力。在線路輸送電流為1A時，不同功率因數(shù)下有功和無功電流的大小見表2。

由表2可知，在線路電流一定時，功率因數(shù)從0.5提高到1，線路輸送能力提高了一倍。提高功率因數(shù)，可以顯著地提高線路的輸送能力。

2.3 用戶無功管理對變壓器變送能力的影響

功率因數(shù)對變壓器的變送能力有較大影響。一臺容量為100kVA的變壓器，功率因數(shù)為0.60時的輸送能力只有60kW，功率因數(shù)為1時的輸送能力則可以達到100kW。

3、電力用戶無功產(chǎn)生的能耗分析

3.1 無功在同電壓等級間傳輸對電能損耗的影響

線路損耗與線路的電阻成正比，與通過線路的電流的平方成反比。當(dāng)輸送的有功功率一定時，總的功率損耗便取決于無功功率。有功電流損耗不可避免，無功電流損耗則可以通過無功就地補償來減小。表3是不同功率因數(shù)的交流電路中有功電流為1A時無功電流的大小。

從表4可知，功率因數(shù)從1.0下降到0.85時，有功損耗增加38%；功率因數(shù)從1.0下降到0.6時，有功損耗增加178%。功率因數(shù)從0.6提高到0.95，線路的電能損耗下降60%；功率因數(shù)從0.5提高到1，線路的電能損耗下降75%。

例：巢湖市放王變電站的一條外供10kV線路，線路總長度11公里，使用LGJ-50鋁絞線，線路負(fù)荷約1000kVA，2000年這條線路在變電站出口處功率因數(shù)低于0.60。現(xiàn)在采取了分層分級自動補償，使這條線路變電站出口處的功率因數(shù)提高到0.96以上。按照改造前后的實際功率因數(shù)計算，這條線路的損耗由原來的18%以上降低到了現(xiàn)在6.5%以下。與2000年相比，該線路現(xiàn)在每年減少電能損耗99.96萬kWh，按每度電按0.5元，每年可減少50萬元的經(jīng)濟損失。

輸配電線路中的無功潮流產(chǎn)生大量電能損耗，采用就地補償提高功率因數(shù)，可以有效地降低線路損耗。

3.2 無功在不同電壓等級間穿越對電能損耗的影響

3.3 用戶無功管理的能耗分析

2007年，我國兩大電網(wǎng)的線損率是6.41%，全年損失電量為1666億kWh，加上地方電網(wǎng)與企業(yè)電網(wǎng)的電能損失，線損電量約超過1800億kWh，足足吃掉兩個多三峽電站的電力。按照2007年全國6000kW及以上電廠供電煤耗（356克/kWh）計算，全國兩大電網(wǎng)線損相當(dāng)于多消耗5931萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。

我國6.0%以上的線損率仍然高于美、英、日等發(fā)達國家。電網(wǎng)降低線損的潛力巨大。通過提高用戶功率因數(shù)和無功就地平衡，減少跨電網(wǎng)、長距離、大容量長期流動無功潮流，進一步降低線損、減少電能損耗將相當(dāng)可觀。

在對參加功率因數(shù)考核的用戶進行普遍調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，2007年的全國電力用戶平均功率因數(shù)為0.89；本次抽樣調(diào)研的551家電力用戶總體平均功率因數(shù)為0.91，抽樣調(diào)研由于本次抽樣大用戶較多，而且大用戶的平均功率因數(shù)較高，所以出現(xiàn)總體平均功率因數(shù)較高。

按2007年供電規(guī)模計算，若平均功率因數(shù)由0.89提高到0.95，同電壓傳輸?shù)木€路損耗將下降12.2%，變壓器的損耗也將下降12.2%。年節(jié)約總電量可達220億kWh，相當(dāng)于節(jié)約782萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化硫排放16萬噸。若平均功率因數(shù)由0.89提高0.98，同電壓傳輸?shù)木€路損耗和變壓器的損耗將下降17.5%，將年節(jié)約總電量315億kWh，相當(dāng)于節(jié)約1121萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化硫排放22.8萬噸。

早在1989年，國際知名的電力系統(tǒng)專家，美國德州大學(xué)能源研究中心主任陳漠星教授就曾在對國內(nèi)電網(wǎng)狀況調(diào)研后上書李鵬總理，尖銳地指出“因配電系統(tǒng)不裝置自動控制無效電力，沒有用智慧去控制電壓，配電系統(tǒng)丟掉35%的電力”。并且提到工業(yè)用電及民用、商業(yè)用電的電力損失是不能從供電企業(yè)的線損中反應(yīng)出來的，這部分損失甚為巨大。如果占電力系統(tǒng)無功負(fù)荷70%的用戶的無功負(fù)荷就地平衡問題能得到解決，粗略計算我國每年少損失500億kWh電量。

此外，功率因數(shù)的提高還可以提高設(shè)備和線路的利用率，降低設(shè)備與線路投資成本。2007年國家電網(wǎng)公司參加功率因數(shù)考核用戶裝接容量為92335萬kVA，若平均功率因數(shù)由0.89提高到0.95，將空出設(shè)備容量5831萬kVA，按單位造價150元/kVA計算，可以節(jié)約新增容量的投資87.5億元。若平均功率因數(shù)由0.89提高到0.98，將空出設(shè)備容量為8480萬kVA，可以節(jié)約新增容量的投資127.2億元。

4、小結(jié)

用戶功率因數(shù)過低，無功不能就地平衡，電網(wǎng)向電力用戶長距離、大容量、跨電網(wǎng)輸送無功，形成大量不合理的無功潮流。電力用戶無功需求過大，可能引起電壓崩潰甚至電力系統(tǒng)瓦解。此外，大量無功流動在線路和設(shè)備上產(chǎn)生能量損耗，降低了線路和設(shè)備利用率。通過加強電力用戶無功管理，實現(xiàn)無功就地平衡，具有極大的節(jié)能潛力。