淺析提高配網(wǎng)功率因數(shù)的措施

作者/侯光凱，國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司

淺析提高配網(wǎng)功率因數(shù)的措施

作者/侯光凱，國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司

目前，供電企業(yè)普遍存在嚴(yán)重的配電網(wǎng)線損情況，為了對(duì)這一現(xiàn)象加以緩解，有必要對(duì)供電企業(yè)經(jīng)營(yíng)中功率因數(shù)的影響進(jìn)行探討，以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)功率因數(shù)的有效提高，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和需求。在供電企業(yè)配電網(wǎng)運(yùn)行中，功率因數(shù)具有非常重要的作用。因此，本文對(duì)影響配網(wǎng)功率因數(shù)的相關(guān)原因進(jìn)行分析，并對(duì)其解決措施進(jìn)行探討，以有效保證配網(wǎng)功率因數(shù)的提高。

提高；配網(wǎng)；功率因數(shù)；措施

引言

在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，配網(wǎng)功率因數(shù)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生直接作用。所以，要實(shí)現(xiàn)對(duì)線路損失的控制，保證電能的質(zhì)量，使電力設(shè)備的性能得到有效發(fā)揮就必須要對(duì)功率因數(shù)加以合理提高，繼而實(shí)現(xiàn)電能節(jié)約的目的。所以，配網(wǎng)功率因數(shù)不僅和電力企業(yè)有密切關(guān)系，還能對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生相應(yīng)作用。

1.影響配網(wǎng)功率因數(shù)的原因

電力設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中，不僅會(huì)對(duì)有功功率有所消耗，還會(huì)對(duì)無(wú)功功率產(chǎn)生一定的消耗。在相應(yīng)功率情況下，如果出現(xiàn)減少無(wú)功功率，則功率因數(shù)會(huì)相應(yīng)提高，甚至可能會(huì)不存在無(wú)功功率的情況。所以，用電設(shè)備無(wú)功功率的降低能夠有效提高功率因數(shù)。同時(shí)，功率因數(shù)的產(chǎn)生絕大部分原因都是由用電設(shè)備自身的電感特性引起的。因?yàn)樵陔娏ο到y(tǒng)中，用電設(shè)備不但需要有功功率，如果想要對(duì)工作磁場(chǎng)的滿足還需要通過(guò)無(wú)功功率來(lái)實(shí)現(xiàn)。在無(wú)功功率中，比例最大的是使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，然后是變壓器，剩下的無(wú)功功率需要被其他設(shè)備所用，第一是整流設(shè)備；第二是電抗器等。因而在電力系統(tǒng)中，感應(yīng)變壓器和電動(dòng)機(jī)利用了大部分無(wú)功功率。另外，配網(wǎng)中的功率因數(shù)還會(huì)因?yàn)楣╇婋妷撼^(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍，或者電網(wǎng)頻率運(yùn)行不穩(wěn)定等帶來(lái)直接影響。其中，如果電網(wǎng)的電壓超過(guò)額定數(shù)值10%，磁路飽和現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)，接著將增加無(wú)功功率的速度。如果是在額定數(shù)值的下面，則會(huì)隨之減少無(wú)功功率，并迅速升高功率因數(shù)。最后，配網(wǎng)功率因數(shù)還會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率不穩(wěn)定而發(fā)現(xiàn)變化，所以，要有效提高配網(wǎng)的功率因數(shù)，就必須對(duì)其進(jìn)行快速準(zhǔn)確的措施辦法，實(shí)現(xiàn)損耗降低和能源節(jié)約的有效目的。

圖1 電流的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)

2.提高配網(wǎng)功率因數(shù)的措施

根據(jù)相關(guān)調(diào)查和研究來(lái)看，低功率因數(shù)會(huì)給配網(wǎng)帶來(lái)一些不好的影響，主要指的是：第一，在負(fù)荷確定的情況下，電流如果較大，而供電電壓是不變的，則功率因數(shù)會(huì)不斷降低，從而使電流繼續(xù)增大。通常情況下，發(fā)電機(jī)、變壓器的額定容量，與他們的輸出電流是成正比關(guān)系的，因而與功率因數(shù)是成反比關(guān)系的。所以，在功率輸出一樣的情況下，電壓如果是不變的，功率因數(shù)會(huì)不斷下降，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器的容量不斷增大，最終提高發(fā)電機(jī)、變壓器的投入成本。第二，銅損比較大。在負(fù)荷確定的情況下，如果配電線路的功率因數(shù)不斷降低，則銅損會(huì)逐漸增大。第三，在負(fù)荷確定的情況下，如果功率因數(shù)不斷下降，則需要進(jìn)一步擴(kuò)大保護(hù)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)電面積、母線的截面，才能確保較大電流可以順利通過(guò)，從而提高其投入成本。所以，在實(shí)踐過(guò)程中，提高配網(wǎng)功率因數(shù)應(yīng)采取的措施有：

■2.1 對(duì)系統(tǒng)的自然功率因數(shù)加以提高

補(bǔ)償設(shè)備如果沒(méi)有進(jìn)行安裝，不同用電設(shè)備會(huì)有效減少其無(wú)功功率，繼而實(shí)現(xiàn)負(fù)載取用，無(wú)功功率的有效降低，保證企業(yè)功率因數(shù)的提高，該方法是目前最具經(jīng)濟(jì)性的一種功率因數(shù)提高措施，其能有效控制投入的資金量，緩解供電企業(yè)所面臨的經(jīng)濟(jì)壓力。

首先需要對(duì)變壓器的負(fù)荷率進(jìn)行提高，變壓器的功率因數(shù)不僅會(huì)因?yàn)樨?fù)荷性質(zhì)產(chǎn)生影響，還會(huì)受到負(fù)荷率的影響。通常，在變壓器負(fù)荷率沒(méi)有超出標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的條件下，就會(huì)明顯下降功率因數(shù)。

其次是選擇異步電動(dòng)機(jī)的規(guī)格與型號(hào)，在實(shí)踐中常用的是異步電動(dòng)機(jī)，其也具有十分巨大的無(wú)功功率。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)處于輕載或是空載時(shí)，所產(chǎn)生的功率因數(shù)也會(huì)相對(duì)較低，當(dāng)負(fù)荷處于較高的狀態(tài)時(shí)，就會(huì)有效提高功率因數(shù)。所以，合理應(yīng)用異步電動(dòng)機(jī)的規(guī)格型號(hào)是很有必要的，并避免進(jìn)行輕載運(yùn)行，以利于系統(tǒng)自然功率因數(shù)的增加。

再次是異步電動(dòng)機(jī)與電焊機(jī)的嚴(yán)格控制，前提需要對(duì)內(nèi)部生產(chǎn)管理工作加以強(qiáng)化，保證具有科學(xué)合理的加工流程，使用設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況應(yīng)當(dāng)保持最佳性能，并避免出現(xiàn)空載運(yùn)行現(xiàn)象。

最后是繞線式異步電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行，一般來(lái)說(shuō)，大型的額定容量繞線式異步電動(dòng)機(jī)，其負(fù)荷率相對(duì)較低，產(chǎn)生最大的負(fù)荷也在90%以下，通過(guò)對(duì)其的改造已達(dá)到同步化的運(yùn)行目的?？偠灾?dāng)正常運(yùn)行以后，轉(zhuǎn)速與正常轉(zhuǎn)速相對(duì)接近時(shí)，利用勵(lì)磁滑環(huán)，在轉(zhuǎn)動(dòng)中輸送直流勵(lì)磁電流，以將異步機(jī)直接轉(zhuǎn)變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)。在勵(lì)磁時(shí)，領(lǐng)前電流會(huì)被電動(dòng)機(jī)取用，并在電網(wǎng)中輸送無(wú)功功率。這種方法可以有效提高自然功率因數(shù)，并達(dá)到補(bǔ)償其它設(shè)備功率因數(shù)的目的。

■2.2 功率因數(shù)的人工補(bǔ)償方式

在評(píng)價(jià)電氣設(shè)備的實(shí)際效率和使用情況時(shí)，配網(wǎng)功率因數(shù)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生重要作用，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和安全也會(huì)通過(guò)功率因數(shù)得到有效判斷。雖然自然功率因數(shù)能夠?qū)μ岣吖β室驍?shù)產(chǎn)生一定作用，但僅僅依靠它還不能達(dá)到正常功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)可以對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行適當(dāng)安裝，將功率因數(shù)的提高通過(guò)人工補(bǔ)償來(lái)直接實(shí)現(xiàn)。

首先進(jìn)行電容器并聯(lián)，在集中補(bǔ)償時(shí)，安裝電容器組會(huì)在總降壓變電所6kW到10kW的母線上，以實(shí)現(xiàn)變電所整體功率因數(shù)的有效提高，繼而達(dá)到平衡供電范圍內(nèi)無(wú)功功率的目的。需要分組補(bǔ)償時(shí)，可以安裝電容器組在終端變配電高壓不同的母線之上，但需要保證是在比較低的功率因數(shù)情況下，即為分散補(bǔ)償，其與集中補(bǔ)償方式相比具有很大的相似度，但其特點(diǎn)是無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆秶腿萘坎桓?，但在效果上卻是立竿見(jiàn)影，繼而被廣泛應(yīng)用于實(shí)踐中。最后是就地補(bǔ)償方式，其是通過(guò)將電容器組和電容器安裝到電感性的設(shè)備周圍，或者安裝于異步電動(dòng)機(jī)，達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч?，其也被稱之為個(gè)別和單獨(dú)補(bǔ)償。就地補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢(shì)在于能夠有效提高用電設(shè)備的供電回路功率因數(shù)，并能對(duì)用電設(shè)備的電壓質(zhì)量有足夠的保證，是目前小型和中型設(shè)備的常用方法。總之，如果能夠有效結(jié)合集中、分組和就地三種補(bǔ)償方式，并對(duì)其技術(shù)應(yīng)用加以準(zhǔn)確分析，將會(huì)取得效率與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

■2.3 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

電容屬于無(wú)功補(bǔ)償裝置中比較久遠(yuǎn)的，并具有固定的阻抗，其弊端就是不能根據(jù)無(wú)功需求而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此不能實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的科技化發(fā)展，無(wú)功功率快速補(bǔ)償?shù)男枨笠苍诓粩嗵岣?。同步調(diào)相機(jī)是相對(duì)基礎(chǔ)的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。無(wú)功功率的產(chǎn)生是該裝置的主要作用，屬于同步電機(jī)的其中一種。同時(shí)，同步調(diào)相機(jī)也屬于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其缺點(diǎn)在于會(huì)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生很大噪音，并出現(xiàn)巨大的損耗，加上具有比較復(fù)雜的后期運(yùn)行維護(hù)工作，以及十分緩慢的響應(yīng)速度等缺陷，該裝置已經(jīng)在當(dāng)前電力系統(tǒng)中逐漸淘汰。所以，靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置是目前電力系統(tǒng)使用最為廣泛的一種。采用靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置不僅能夠使高配終端電壓得到提高，還能使電網(wǎng)功率因數(shù)得到有效提升。同時(shí)，這種補(bǔ)償方式還有運(yùn)行維護(hù)方便和利于集中管理等優(yōu)勢(shì)，但較大的設(shè)備投資是其相對(duì)明顯的問(wèn)題。

3.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也進(jìn)一步帶動(dòng)了城鎮(zhèn)化建設(shè)，居民的用電性質(zhì)也根據(jù)市場(chǎng)的電器設(shè)備產(chǎn)生了相應(yīng)的變化，使供電企業(yè)不得不對(duì)功率因數(shù)加以提高，這也能夠說(shuō)明不管是電力系統(tǒng)的供電設(shè)備還是發(fā)電，都會(huì)因?yàn)楣β室驍?shù)的高低產(chǎn)生直接影響。提高配網(wǎng)功率因數(shù)，不僅能夠使有功功率得到有效提升，還能使無(wú)功功率的損耗得到明顯下降，以為供電企業(yè)創(chuàng)造更加有力的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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羅德與施瓦茨公司信令測(cè)試儀

羅德與施瓦茨公司的CMW500無(wú)線綜測(cè)儀現(xiàn)在可以模仿符合IEEE 802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)的WLAN網(wǎng)絡(luò)。這樣使CMW500測(cè)試平臺(tái)支持目前所有的蜂窩和非蜂窩的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。僅需一臺(tái)測(cè)試儀表即可完成那些具有多種無(wú)線接口的模塊所要進(jìn)行的所有測(cè)試，包括互操作性測(cè)試。

許多WLAN模塊廠商將他們的終端或模塊限制在使用常規(guī)的WLAN接入點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，但這樣的做法并不符合規(guī)范，例如對(duì)同時(shí)連接WLAN和其他無(wú)線通信技術(shù)的被測(cè)模塊進(jìn)行共存測(cè)試。

如果用戶可以不受限制的連接協(xié)議棧，正如R&S CMWKS656選件提供的那樣，則他們可以輕松的消除不兼容性。這種對(duì)協(xié)議棧能力的升級(jí)可以滿足將來(lái)的測(cè)試需求，是一種安全的投資。