輕負載時35kV 電纜充電功率對功率因數(shù)的影響及解決

劉追

（深圳市建筑設計研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230001）

1 原理及計算工具

1.1 電纜對地電容

當埋地電纜通過電流時，導體相當于電容的一極、大地相當于另一極，絕緣材料及空氣便是絕緣介質(zhì)，由此產(chǎn)生了電容效應。電纜越長其電容值越大。

1.2 計算公式及參考值

根據(jù)式（2）、式（3）以及表1、圖1 可以計算出常用35kV 交聯(lián)聚乙烯電纜（三芯）單位長度的電容參數(shù)和充電功率值，如表2 和表3 所示。

表1 介質(zhì)系數(shù)值

表2 35kV 交聯(lián)聚乙烯電纜（三芯）單位長度的電容參數(shù)

表3 35kV 交聯(lián)聚乙烯電纜（三芯）單位長度的充電功率

圖1 多芯電纜幾何因數(shù)[1]

1.2 補償計算公式

補償前市政電源點35kV 出線側高壓功率因數(shù)：

2 分析

2.1 項目概況

項目位于合肥市濱湖新區(qū)，為某銀行省分行及生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心?？傋冸娬驹O計規(guī)模為2 臺16000kVA 主用變壓器，電壓等級為35kV。采用雙回路供電“全主全備”方案，即兩回線路同時分段運行，當某回線路失電，通過進線與母聯(lián)開關的連鎖，另一回線路可滿足整個項目用電。

本項目變配電部分由兩家設計單位承接，分別負責市政外線電纜和紅線內(nèi)部的設計。

2.2 外部線路電源點情況

本項目兩回線路分別為云谷變線路（1#線路）和濱湖變線路（2#線路）。其中1#線路長度13km 均為電纜占管敷設；2# 線路為14km 電纜線路和1.5km 架空線線路。所有電纜線路均采用YJV22-26/35kV-3×400 型電纜。

2.3 發(fā)現(xiàn)問題

在項目變配電工程建設完畢，通過供電部門驗收并正式送電后，而相關機電調(diào)試工作正在開展，項目未投入運行。項目現(xiàn)場僅有少量照明用電及調(diào)試運維用電。運行期間，變配電系統(tǒng)各設備運行正常，現(xiàn)場巡檢及后臺系統(tǒng)均未出現(xiàn)故障報警信息。

2.4 分析準備

在正式送電后項目管理公司存有關口表計的讀數(shù)以及項目現(xiàn)場用電設備型號的大量數(shù)據(jù)。對工地用電設備的設備型號、用電功率、以及使用時長，每日早晚均作了細致的錄入，項目建設的電能管理系統(tǒng)也完整記錄了送電后所有的能耗信息。

表4 截取1#回路其中一周（2 月4—10 日）內(nèi)每日下午14：00 時記錄的主要相關數(shù)據(jù)。

表4 1# 回路現(xiàn)場表計實際讀取數(shù)據(jù)

表4 數(shù)據(jù)表明本項目紅線范圍內(nèi)電能指標正常。針對表4 數(shù)據(jù)，同時做了如下故障排除工作。

（1）對主要關口表進行了同類替換，替換后發(fā)現(xiàn)讀數(shù)與替換前基本一致，因此排除表計故障原因而導致表2 未能準確反映項目實際用電參數(shù)的情況。

（2）根據(jù)項目管理公司提交的每日施工設備使用情況登記表，以及相關變壓器與電容補償裝置的工作狀態(tài)的逐一巡查。排除大無功功率設備和大量變壓器空載運行（全部空載變壓器均已退出運行）的情況。

（3）調(diào)取外線設計單位的設計文件，發(fā)現(xiàn)在設計過程中，發(fā)生因道路施工無法敷設而繞行的情況。最終導致線路大幅增加。同時考慮電纜截面較大，因此將電纜充電功率作為排查的主要方向。

2.5 抽取典型數(shù)據(jù)計算分析

確定排查方向后，調(diào)取了供電部門的相關數(shù)據(jù)，在2 月10 日地下室風機調(diào)試當天，1#回路功率因數(shù)僅為0.24。根據(jù)當日用電設備登記表發(fā)現(xiàn)地下室所有風機均啟動運行超過24h，全部運行設備共260kW，風機查表功率因數(shù)為0.75。結合當日功率因數(shù)表讀數(shù)為0.989。利用式（4）可得項目負載側內(nèi)當日（24h）無功功率（補償后）為38.89kVar，而市政變電所出線側無功功率為1090.56kVar。推導出線路部分產(chǎn)生的無功功率約為1051.67kVar。

根據(jù)外線施工單位提供的線路參數(shù)，1?；芈烽L度為13km，均為電纜占管敷設。電纜型號為YJV22-26/35kV-3×400。

根據(jù)表2，單位距離電纜充電功率為80.39kVar/km。故1?；芈冯娎|充電功率為：QC=13×80.39=1045.07（kVar）。

兩種計算方式結果基本吻合，可以判定電纜充電功率是市政變電所出線側功率因數(shù)過低的主要原因。

3 解決方案

3.1 實施準備

隨著項目投運后產(chǎn)能的逐步提升，用電量也隨之增大。以1?；芈窞槔?，根據(jù)式（5），當1?；芈纺妇€段用電容量達到設計容量4644kW 時，按照負載側補償后功率因數(shù)0.95 的設計目標考慮，市政變電所出線側1＃回路功率因數(shù)可達到0.9 以上。

經(jīng)過項目管理公司與銀行總務處溝通，獲得詳細投產(chǎn)運營計劃：第一階段，一個月內(nèi)數(shù)據(jù)災備中心首先投入使用，最低容量為4400kW（每段母線約2200kW），用電波動不超過+10%。隨后第二階段，是較長時間的部門調(diào)整和搬遷工作，若達到每段母線4644kW 的設計目標容量需要較長的時間周期，而且在春節(jié)時期會出現(xiàn)負荷大幅度降低的情況（災備中心用電不變）。為避免造成損失，必須立即采取相應補償措施。

根據(jù)上述條件并運用式（4）、式（5）以及表3，進行如下計算。

因本項目架空線路較短且35kV 架空線路充電功率較小，故2＃線路按14km 電纜線路考慮。

1＃線路電纜充電功率：QC1=13×80.39=1045.07（kVar）。2＃線路電纜充電功率：QC2=14×80.39=1125.46（kVar）。根據(jù)國家電網(wǎng)公司《電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》的要求，35～220kV 變電站在低谷負荷時功率因數(shù)不應高于0.95，以下計算解決措施中也以此為標準。

在本工程災備中心投運后，根據(jù)式（4），按0.95 的用戶負荷側補償設計標準，可計算得：

根據(jù)式（5），要達到0.9 以上的功率因數(shù)，可設置800kVar 電抗器吸收電纜容性無功。補償電纜充電功率后市政變電所出線側的功率因數(shù)：

1＃回路：

3.2 實施過程

根據(jù)計算結果并結合現(xiàn)場情況，按如下方案實施。在現(xiàn)有35kV 高壓室內(nèi)增設兩臺800kVar 35kV 高壓三相電抗器，接入兩段35kV 母線備用間隔。

采用并聯(lián)連接方式，接入原有兩段母線備用回路。

3.3 實施效果

通過項目管理公司有效的組織，兩組電抗器迅速安裝完畢。在接下來一個月災備中心按時投運后供電部門讀取的數(shù)據(jù)中，功率因數(shù)有顯著改善，兩路電源功率因數(shù)均達到了0.9 以上，實現(xiàn)了設計預期。從經(jīng)濟角度考慮，兩組電容器的投資額遠遠小于輕負載時期功率因數(shù)過低處罰帶來的經(jīng)濟損失。在項目完全投入運營后的輕負荷期，也能長期發(fā)揮作用。

4 結語

部分項目在送電初期以及春節(jié)、國慶等節(jié)假日期間，用電負荷大幅降低。在這種輕負荷期間內(nèi)長距離電纜充電功率對用電客戶功率因數(shù)的影響較大。因此在變電站工程設計中必須引起重視，對項目的投運計劃、用電負荷加載步驟做充分的調(diào)研和詳細的評估，內(nèi)外線協(xié)調(diào)一致統(tǒng)一行動，根據(jù)評估和計算結果給出準確的補償方案，兼顧經(jīng)濟性，在設計階段解決問題。