基于有源用戶關(guān)口下網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低的解決方案

張 偉

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度和電氣設(shè)備使用狀況的的一個(gè)具有代表性意義的指標(biāo)之一。為了保證電網(wǎng)供電質(zhì)量，電網(wǎng)考核電力用戶的重要指標(biāo)是功率因數(shù)是否達(dá)標(biāo)。電網(wǎng)考核有源用戶功率因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)依照不同用戶類別、裝見容量及功率因數(shù)對應(yīng)不同系數(shù)按月進(jìn)行獎(jiǎng)罰。

1 電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因

1.1 非線性負(fù)載

工業(yè)和生活用電負(fù)載，是電力系統(tǒng)諧波問題的主要來源，占很大比例，其中的電弧爐是主要的非線性負(fù)載，它的諧波主要是由起弧的時(shí)延和電弧的嚴(yán)重非線性引起的，電弧長度的不穩(wěn)定性和隨機(jī)性，使得其電流諧波頻譜非常復(fù)雜，而且隨時(shí)間會有明顯的變化；大功率整流或變頻裝置在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用極為廣泛，這種基于電力電子的設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流，對電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，同時(shí)也使功率因數(shù)降低。

1.2 電力系統(tǒng)設(shè)備的非線性特性

在電力電子裝置大量使用以前，電力系統(tǒng)中主要的諧波源是發(fā)電機(jī)和電力變壓器。發(fā)電機(jī)是公用電網(wǎng)的電源。在實(shí)際運(yùn)行中，由于多種原因，發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢不是理想的正弦波。因此其輸出電壓中也就包含一定的諧波。變壓器諧波電流是由其勵(lì)磁回路的非線性引起的。產(chǎn)生諧波電流的大小與變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)、鐵心飽和程度以及變壓器的連接方式都有關(guān)系。

1.3 電力系統(tǒng)故障及其他原因

電力系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)，外故障也會造成電能質(zhì)量問題，如短路故障，雷擊、誤操作、電網(wǎng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)的工作狀態(tài)的改變、故障保護(hù)裝置中的電力電子設(shè)備的啟動(dòng)以及因電網(wǎng)電壓高，發(fā)電機(jī)無法調(diào)節(jié)無功負(fù)荷等都將造成各種電能質(zhì)量問題。

某園區(qū)一有源電力用戶，由國網(wǎng)和自備電廠提供電力，發(fā)電機(jī)組及用戶負(fù)荷變電站均由國網(wǎng)省調(diào)調(diào)管，根據(jù)國網(wǎng)安排在保持發(fā)、用平衡的情況下，按照關(guān)口表計(jì)量的下網(wǎng)電量交納相關(guān)電費(fèi)。投產(chǎn)期初，該園區(qū)發(fā)電機(jī)組集中投產(chǎn)且用電負(fù)荷低，國網(wǎng)為解決200km以外的地區(qū)用電，安排自備電廠多發(fā)電，造成系統(tǒng)保持較高電壓（接近239kV）運(yùn)行。該園區(qū)重要用戶主要電力負(fù)荷為大功率整流裝置，是產(chǎn)生諧波電流和功率因數(shù)低的主要原因，為了消除諧波電流，在建設(shè)期間已安裝消諧裝置，但因負(fù)荷低不能投入運(yùn)行，加上自備電廠調(diào)節(jié)手段受限，導(dǎo)致功率因數(shù)低于0.90，導(dǎo)致電能質(zhì)量受影響和功率因數(shù)低的原因如下：

1.3.1 發(fā)電機(jī)組消缺需降低出力

投產(chǎn)期初，用電負(fù)荷小于或等于發(fā)電機(jī)組容量，這時(shí)企業(yè)不從電網(wǎng)下網(wǎng)電量，但因發(fā)電機(jī)組剛投產(chǎn)發(fā)電，經(jīng)常出現(xiàn)需降低出力消缺陷或當(dāng)增發(fā)無功發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)等問題不能增發(fā)無功負(fù)荷，個(gè)別時(shí)段會出現(xiàn)下網(wǎng)少量有功，無功電量占比大的情況發(fā)生，造成功率因數(shù)較低。

1.3.2 因系統(tǒng)電壓高發(fā)電機(jī)組無法增發(fā)無功

當(dāng)發(fā)、用電平衡失衡，產(chǎn)生下網(wǎng)且功率因數(shù)低時(shí)，正常可通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁增發(fā)無功負(fù)荷來提高功率因數(shù)，由于系統(tǒng)一直保持較高電壓運(yùn)行，有源用戶自備發(fā)電機(jī)組無法增發(fā)無功負(fù)荷，增發(fā)無功會使系統(tǒng)電壓再增加，甚至超過239kV，只能從電網(wǎng)吸納大量無功電量，造成個(gè)別用戶下網(wǎng)功率因數(shù)較低。

1.3.3 負(fù)荷側(cè)無功補(bǔ)償裝置不能投入運(yùn)行

根據(jù)用電側(cè)無功補(bǔ)償裝置投運(yùn)條件，可根據(jù)用電負(fù)荷大小分組投入無功補(bǔ)償裝置，但當(dāng)用電側(cè)負(fù)荷低于50%時(shí)，暫不能投入無功補(bǔ)償裝置，以免過補(bǔ)償。

用電側(cè)無功補(bǔ)償裝置因隔離開關(guān)等電氣元件故障無法正常投運(yùn)時(shí)。

以2012年3月為例，當(dāng)月下網(wǎng)有功電量、無功電量分別為：211.75萬kWh、389.95萬kVar，功率因數(shù)最低達(dá)到功率因數(shù)為0.48，考核系數(shù)為+49%，即按照電力電費(fèi)計(jì)算，（電度電費(fèi)+基本電費(fèi)-政府基金電費(fèi)）*49%進(jìn)行處罰，處罰電費(fèi)76.72萬元。同理4月處罰31.58萬元，共108.30萬元。

2 解決方案

2.1 負(fù)荷側(cè)無功補(bǔ)償裝置全部投入運(yùn)行

認(rèn)真巡視、檢查并維護(hù)好無功補(bǔ)償裝置，避免在運(yùn)行過程中出現(xiàn)因整流變壓器所帶無功補(bǔ)償裝置高壓配電設(shè)施故障造成停運(yùn)，建議將檢修更換下來的備件及時(shí)維護(hù)好作為備件，當(dāng)發(fā)生類似問題時(shí)及時(shí)更換；另外從根本解決因制造工藝缺陷導(dǎo)致高壓配電設(shè)施故障的問題。

2.2 發(fā)電機(jī)組擇機(jī)增加無功出力

運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)一般為0.85，也有少數(shù)發(fā)電機(jī)，其額定功率因數(shù)為0.85～0.90。發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)從額定值到1.0范圍內(nèi)變化時(shí)，可以保持額定出力不變。但為保證系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定，功率因數(shù)一般不應(yīng)超過0.95。當(dāng)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)低于額定值時(shí)，由于轉(zhuǎn)子電流增大，會使轉(zhuǎn)子溫度升高。此時(shí)，應(yīng)調(diào)整有功負(fù)荷，降低發(fā)電機(jī)的出力。否則，轉(zhuǎn)子溫度可能超出極限值。所以，電廠運(yùn)行值班人員必須及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，使轉(zhuǎn)子電流不超過在該冷卻空氣進(jìn)口溫度下的允許值。

同時(shí)，還要滿足供電部門對上網(wǎng)功率因數(shù)考核要求（目前沒有對發(fā)電側(cè)功率因數(shù)進(jìn)行考核）；不得超過允許轉(zhuǎn)子電流；定子電流不超出；若想少發(fā)無功時(shí)，減少勵(lì)磁電流要注意發(fā)電機(jī)不進(jìn)相不振蕩。對于單機(jī)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)則不存在調(diào)節(jié)功率因數(shù)的問題，其前提是保持發(fā)電機(jī)適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定電壓。

2.3 協(xié)調(diào)省調(diào)調(diào)整系統(tǒng)電壓

與電網(wǎng)連接的兩條專線系統(tǒng)電壓偏高，接近最高限值239kV,經(jīng)與省調(diào)溝通，及時(shí)調(diào)整周邊電廠的無功，降低系統(tǒng)電壓。

2.4 自備電廠側(cè)主變、或高廠變無載開關(guān)抽頭調(diào)整

發(fā)電機(jī)出口側(cè)額定電壓15.75kV，實(shí)際運(yùn)行電壓達(dá)到16.30kV,220kV母線側(cè)電壓達(dá)到239～240kV，為了進(jìn)一步降低220kV母線側(cè)電壓，在以上三種方案均不能實(shí)現(xiàn)的情況下，通過主變或高廠變輪停調(diào)整無載開關(guān)抽頭來降低母線電壓。

2.5 負(fù)荷側(cè)加裝無功補(bǔ)償裝置

按照負(fù)荷側(cè)現(xiàn)有功率因數(shù)，在接入電網(wǎng)的變壓器10kV側(cè)測算需增加補(bǔ)償容量加裝無功補(bǔ)償裝置。

2.6 在電廠6.3kV側(cè)加裝高壓靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置

在電廠側(cè)加裝高壓靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，該裝置可以通過調(diào)節(jié)電抗值來減少6.3kV段廠用電所需無功，讓發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功去充分平衡負(fù)荷側(cè)下網(wǎng)的無功，從而提高下網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。

隨著電網(wǎng)網(wǎng)架的不斷增強(qiáng)，周邊電力用戶負(fù)荷增長，系統(tǒng)電壓有所改善；有源用戶通過調(diào)整電廠側(cè)主變無載開關(guān)分接頭、用電負(fù)荷不斷增長，負(fù)荷側(cè)無功補(bǔ)償裝置全部投入運(yùn)行后，該片區(qū)電能質(zhì)量問題得以徹底解決。