提高鎮(zhèn)海電網(wǎng)功率因數(shù)合格率的研究

曹松錢，陸駿，黃致遠(yuǎn)

（國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司鎮(zhèn)海運(yùn)檢站，浙江寧波315200）

提高鎮(zhèn)海電網(wǎng)功率因數(shù)合格率的研究

曹松錢，陸駿，黃致遠(yuǎn)

（國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司鎮(zhèn)海運(yùn)檢站，浙江寧波315200）

以鎮(zhèn)海電網(wǎng)的現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，分析了影響電網(wǎng)功率因數(shù)合格率的主要因素，并根據(jù)實(shí)際情況，提出了修改VQC定值、完善管理流程、進(jìn)行變電站補(bǔ)償電容器容量調(diào)整、加強(qiáng)指標(biāo)管理等多項(xiàng)技術(shù)和管理措施。通過技術(shù)改進(jìn)、流程管理、電網(wǎng)運(yùn)行方式的綜合調(diào)整，大大提高了鎮(zhèn)海電網(wǎng)的功率因數(shù)合格率。

功率因數(shù)；電能質(zhì)量；管理；運(yùn)行方式

電力系統(tǒng)的功率因數(shù)作為電網(wǎng)運(yùn)行的一項(xiàng)重要參數(shù)，反映了電網(wǎng)的無功平衡水平。當(dāng)輸送一定的有功功率，在供電電壓不變的情況下，功率因數(shù)較低時(shí)，系統(tǒng)輸送的電流將會增加，引起電氣設(shè)備以及線路有功損耗增加。而提高功率因數(shù)，則可以提高電源的利用率，使發(fā)電機(jī)能多發(fā)有功功率，變壓器在容量不變的前提下可以帶更多的有功負(fù)荷。同時(shí)，功率因數(shù)的提高還可以減少線路電壓損失和電能損耗，提高電能質(zhì)量。所以，提高功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無功分層分區(qū)平衡具有十分重要的意義。

1 鎮(zhèn)海電網(wǎng)功率因數(shù)現(xiàn)狀分析

1.1 鎮(zhèn)海電網(wǎng)簡介

鎮(zhèn)海電網(wǎng)現(xiàn)有有220 kV變電站3座，110 kV變電站10座，35 kV變電站5座，以110 kV線路為主網(wǎng)架，多環(huán)網(wǎng)布置，開環(huán)運(yùn)行。

寧波石化經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)作為浙江省唯一的石化工業(yè)專業(yè)園區(qū)坐落于鎮(zhèn)海，轄區(qū)內(nèi)有包括鎮(zhèn)海煉化在內(nèi)的眾多化工企業(yè)，電網(wǎng)網(wǎng)供負(fù)荷以工業(yè)負(fù)荷為主，白天高峰時(shí)段負(fù)荷較大，容易出現(xiàn)無功不足，晚上低谷時(shí)段負(fù)荷較小，容易出現(xiàn)無功過剩。鎮(zhèn)海電網(wǎng)夏季典型日網(wǎng)供負(fù)荷見圖1。

圖1 鎮(zhèn)海電網(wǎng)夏季典型日網(wǎng)供負(fù)荷曲線

1.2 設(shè)備運(yùn)行問題

VQC（電壓無功控制系統(tǒng)）獲取模擬信號、開關(guān)狀態(tài)量，進(jìn)行分析、計(jì)算及判斷，在電壓越出設(shè)置的預(yù)警區(qū)時(shí)，依據(jù)一定規(guī)則快速對控制設(shè)備發(fā)出調(diào)節(jié)指令。9座變電所的VQC定值設(shè)定都存在一定的問題，主要體現(xiàn)在定值設(shè)置的不合理，數(shù)值過低使調(diào)節(jié)效果不佳。

部分變電站電容器容量配置不足或者過大。前者出現(xiàn)的原因是變電站建設(shè)時(shí)沒有考慮到未來負(fù)荷的快速增長，造成投上全部電容器仍存在很大的無功缺口，需要通過上級電源長距離輸送無功，功率因數(shù)較低；后者出現(xiàn)的原因是變電站新建完成后負(fù)荷水平一直較低，而單組電容器的容量配置過大，出現(xiàn)投上電容器后功率倒送，不投功率因數(shù)偏低的現(xiàn)象。

由圖2可以看到以龍湖變電站（簡稱龍湖變，以下類同）為代表的一些投產(chǎn)較早、負(fù)荷較重的變電站，存在較大的無功缺口，高峰時(shí)段電容器投上后無法滿足要求。

圖2 110 kV龍湖變典型日無功缺口統(tǒng)計(jì)

一些投產(chǎn)較晚的變電站存在電容器配置過大的問題。以田野變?yōu)槔?，一共配置?組電容器，每組電容器容量為4 200 kvar，從圖3可以看出，2號主變無功補(bǔ)償容量在3 000 kvar左右即可滿足要求。

圖3 110 kV田野變典型日無功統(tǒng)計(jì)

1.3 技術(shù)管理不足

實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)控一體化以后，電網(wǎng)的監(jiān)控由變電運(yùn)行部門移交到了調(diào)度所，調(diào)控員業(yè)務(wù)能力有待提高。沒有直觀手段來監(jiān)測功率因數(shù)水平，也沒有對功率因數(shù)這項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的考核。

根據(jù)有關(guān)規(guī)定對用戶電費(fèi)結(jié)算，按用戶每月實(shí)用有功電量和無功電量，計(jì)算月平均功率因數(shù)加減電費(fèi)。營銷口徑功率因數(shù)達(dá)到0．9時(shí)，不獎(jiǎng)不罰；低于0．9時(shí)，每降低0．01，增加電費(fèi)0．5%；高于0．9時(shí)，每增0．01，減少電費(fèi)0．15%。調(diào)度口徑要求功率因數(shù)達(dá)到0．95以上。兩者考核辦法的不同導(dǎo)致用戶為彌補(bǔ)月末抄表時(shí)無功補(bǔ)償不足，低谷時(shí)段機(jī)器停機(jī)后，補(bǔ)償電容不退出運(yùn)行；還有相當(dāng)一些用戶在補(bǔ)償電容器的自動(dòng)投切裝置損壞后，干脆人工投運(yùn)后就不再退出，這些都影響到低谷功率因數(shù)調(diào)控。

2 改進(jìn)措施

2.1 修改VQC定值

鎮(zhèn)海電網(wǎng)普遍采用VQC調(diào)整電網(wǎng)無功，VQC定值設(shè)置不合理，會造成VQC靈敏度不夠，控制效果差。修改后的110 kV變電站VQC定值：高峰時(shí)段（6∶45—11∶00，12∶30—17∶00）功率因數(shù)上限為1．00，下限由0．95改為0．97；低谷時(shí)段（21∶30—6∶30）功率因數(shù)上限由0．95改為1．00，下限由0．92改為0．95；腰荷時(shí)段（11∶00—12∶30，17∶00—21∶30）功率因數(shù)上限設(shè)為1．00，下限設(shè)為0．96，圖4為VQC定值修改后各變電站功率因數(shù)合格率的對比。

由圖4可以看到，靜德變、田野變、團(tuán)橋變、澥浦變的功率因數(shù)指標(biāo)得到了明顯的提升；而龍湖變、澥浦變、南洪變等由于無功補(bǔ)償容量存在問題，單從VQC優(yōu)化的角度已經(jīng)無法解決問題。

2.2 完善VQC維護(hù)流程

VQC故障分為軟件故障和硬件（無功裝置本身）故障。其中軟件故障主要是由于通信通道等原因造成系統(tǒng)下達(dá)命令后，現(xiàn)場設(shè)備未按時(shí)執(zhí)行；硬件故障是電容器本身設(shè)備故障。原流程為調(diào)控中心發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，將其退出運(yùn)行并通知修試工區(qū)處理，修試工區(qū)處理好后通知調(diào)控中心恢復(fù)運(yùn)行，全過程均無嚴(yán)格的時(shí)間約束且無專責(zé)人監(jiān)督，缺乏考核制度。

對原有流程進(jìn)行修改，增加無功管理專工監(jiān)督環(huán)節(jié)，由無功管理專工對監(jiān)控和維護(hù)兩方進(jìn)行考核，責(zé)任到人，建立閉環(huán)管理流程，見圖5。

2.3 建設(shè)AVC系統(tǒng)

AVC（自動(dòng)電壓無功調(diào)控系統(tǒng)）的無功分層平衡、區(qū)域控制及優(yōu)化動(dòng)作次數(shù)等特征能使得電網(wǎng)取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。相比于VQC，AVC系統(tǒng)可以體現(xiàn)不同電壓等級分接頭調(diào)節(jié)對電壓的影響，做到無功分層分區(qū)平衡，包含與地網(wǎng)AVC協(xié)調(diào)控制的策略，滿足某些全網(wǎng)的控制目標(biāo)以及約束條件，如關(guān)口功率因數(shù)、全網(wǎng)網(wǎng)損最小的目標(biāo)。

AVC系統(tǒng)的建設(shè)主要分為4個(gè)階段：開環(huán)運(yùn)行階段；半閉環(huán)運(yùn)行階段；閉環(huán)運(yùn)行階段；與地網(wǎng)AVC系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行階段。

鎮(zhèn)海電網(wǎng)的AVC系統(tǒng)搭建于2010年完成，目前處于閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，并多次開展分層連調(diào)，計(jì)劃于2014年實(shí)現(xiàn)與地調(diào)AVC系統(tǒng)的閉環(huán)運(yùn)行。

2.4 電容器容量調(diào)整

部分新建變電站投產(chǎn)初期負(fù)荷較低，單組電容器配置過大，造成無功補(bǔ)償效率低下，出現(xiàn)投入無功倒送，不投無功補(bǔ)償不足的現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)鎮(zhèn)海電網(wǎng)內(nèi)變電站的用電高峰時(shí)段、節(jié)假日時(shí)段和正常時(shí)段的無功缺口后，對110 kV前方變、田野變實(shí)施了單個(gè)電容器減容工作，兩個(gè)變電站電容器容量調(diào)整如下：

（1）110 kV前方變1號電容器由原4 200 kvar減容至2 700 kvar，其余不變；

（2）110 kV田野變1號電容器由原4 200 kvar減容至2 400 kvar，3號電容器由原4 200 kvar減容至2 400 kvar。

圖6為110 kV前方變電容器減容前后功率因數(shù)合格率的對比，顯示前方變電容器減容運(yùn)行一段時(shí)間后效果良好，平均功率因數(shù)在0.98左右，合格率也在90%以上，白天投1組4 200 kvar電容器，晚上投1組2 700 kvar電容器，基本能滿足無功需求，田野變2組電容器改造以后合格率由85%提高到了95%左右，均達(dá)到了預(yù)期的目的。

2.5 電網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整

一些投運(yùn)時(shí)間較長的變電站，變壓器基本滿負(fù)荷運(yùn)行，加上轄區(qū)內(nèi)企業(yè)無功需求大，電容器全部投上以后仍然無法滿足要求。在沒有空余的間隔加裝新電容器時(shí)，可以考慮將部分線路割接到鄰近的負(fù)載率較低的變電站。

如因?qū)幉ㄊ?jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的快速發(fā)展，澥浦變現(xiàn)有的4組電容器容量已經(jīng)不能滿足供區(qū)的無功需求。為提高功率因數(shù)，將其中4條線路割接到新投運(yùn)的廣源變。

4條線路的平均有功占澥浦變的11.76%，而平均無功占到了整個(gè)變電站的22.63%。在完成線路割接的10月份，澥浦變的功率因數(shù)合格率由95.94%提高到了99.48%，指標(biāo)得到了明顯的改善（見圖7）。

同時(shí)4條線路割接后澥浦變的負(fù)荷得到了一定程度的降低，無功缺口得以減少。原4個(gè)電容器組24 h處于運(yùn)行狀態(tài)，割接后晚上可以切除1組電容器組，這表明澥浦變現(xiàn)在還有一定的無功補(bǔ)償裕度，在未來一段時(shí)間內(nèi)能保證實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)的無功平衡。

2.6 加強(qiáng)功率因數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

利用現(xiàn)有的PI數(shù)據(jù)庫提供變電站功率因數(shù)報(bào)表，使監(jiān)控員能實(shí)時(shí)了解所有10個(gè)110 kV變電站的功率因數(shù)情況。按照不同時(shí)段功率因數(shù)上、下限的要求，對越限的點(diǎn)采用不同顏色標(biāo)識，使監(jiān)控員能很快發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)不合格的變電站，做出及時(shí)的調(diào)整，同時(shí)也可以對即將越限的變電站進(jìn)行預(yù)調(diào)。

營銷部門電費(fèi)獎(jiǎng)懲規(guī)定實(shí)施后，多數(shù)用戶均已安裝了無功補(bǔ)償裝置，為了保證功率因數(shù)超0．9，用戶存在未生產(chǎn)時(shí)仍然投入補(bǔ)償裝置或者自動(dòng)投切裝置損壞未及時(shí)修理等問題。針對這些情況，調(diào)度部門通過對功率因數(shù)較差的線路進(jìn)行數(shù)據(jù)梳理，對相應(yīng)的用戶無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行情況做定期的抽查，緩解了部分變電站功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)問題。

圖7 線路割接前后功率因數(shù)合格率對比

3 實(shí)施效果和結(jié)論

通過采取包括優(yōu)化VQC系統(tǒng)、電容器減容、加強(qiáng)指標(biāo)管理等多項(xiàng)措施，使得鎮(zhèn)海電網(wǎng)的功率因數(shù)合格率得到了顯著的提升（見圖8），由年均71．55%提高到95．15%，特別是2013年下半年基本維持在98%左右。實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的目標(biāo)。春節(jié)期間功率因數(shù)合格率較低的原因是為防止關(guān)口出現(xiàn)無功倒送，要求春節(jié)期間變電站內(nèi)電容器全部切除所致。

目前鎮(zhèn)海在寧波市各縣（區(qū)）功率因數(shù)合格率排名已大幅提升，處于第2名的水平。降低了線損，提高了電能質(zhì)量，改善了電氣設(shè)備的運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)了鎮(zhèn)海電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]張勇軍，林建熙，楊銀國．電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)控配合研究綜述[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（3）∶101－106．

[2]陸安定．功率因數(shù)與無功補(bǔ)償[M]．上海：上?？茖W(xué)普及出版社，2004．

[3]董岳昕，楊洪耕．一種適應(yīng)于地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化控制的新方法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2010，38（14）∶49－54．

[4]郭慶來，孫宏斌，張伯明，等．自動(dòng)電壓控制中連續(xù)變量與離散變量的協(xié)調(diào)方法（一）：變電站內(nèi)協(xié)調(diào)電壓控制[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（8）∶39－42．

[5]陳剛，馬愛軍，張繼紅，等．AVC分散控制模式下的變電站電壓無功控制研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2010，35（12）∶187－192．

[6]唐寅生，丁曉群．智能AVC系統(tǒng)的特征和建設(shè)研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（10）∶10－14．

[7]黃鑌，許婧，程旻，等．220 kV及以下電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償容量初探[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（19）∶148－151．

[8]胡采娥，楊仁剛．用電力系統(tǒng)分區(qū)方法確定無功源最佳配置地點(diǎn)[J]．電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2004，11（3）∶46－49．

圖8 鎮(zhèn)海電網(wǎng)月度功率因數(shù)合格率對比

（本文編輯：楊勇）

Study on Qualification Rate Improvement of Power factor of Zhenhai Power Grid

CAO Songqian，LU Jun，HUANG Zhiyuan
（Zhenhai Operation&Maintenance Station of State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315200，China）

Starting with the present status of Zhenhai power grid，the paper analyzes main factors influencing power factor qualification rate of grid power；in addition，it puts forward a number of technical and management measures such as modifying VQC constant value,perfecting management process，adjusting capacity of compensating capacitor in the substation，strengthening index management，etc．Qualification rate of power factor of Zhenhai grid is greatly enhanced through technological improvement，process management and comprehensive adjustment of grid operation mode．

power factor；power quality；management；operation mode

TM714．3

：B

：1007－1881（2014）07－0016－04

2013-10-29

曹松錢（1988－），男，浙江寧波人，助理工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度工作。