提高地區(qū)電網(wǎng)功率因數(shù)合格率方法探討

王 強，羅魯東，王 萍

（青島供電公司，山東 青島 260001）

0 引言

伴隨經(jīng)濟的快速發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)模的日趨擴大，電能質量問題凸顯，新建開發(fā)區(qū)及其新增工業(yè)項目設計負荷大，但因建設和投產(chǎn)計劃遠未達到設計容量，造成為其建造的大型變電站長時間低負載率運行，而500 kV、220 kV等高壓線路和電纜線路等充電效應強的線路比例逐年增大，由此導致青島電網(wǎng)在負荷低谷期間經(jīng)常出現(xiàn)電壓水平與功率因數(shù)偏高，進而使電能質量下降，電網(wǎng)穩(wěn)定水平降低。

山東電力集團公司文件《山東電網(wǎng)220 kV主變高壓側功率因數(shù)管理辦法》明確規(guī)定：1）考核點功率因數(shù)在高峰時段應不小于0.92，在低谷時段應不大于0.98，否則判定該考核點功率因數(shù)不合格；2）220 kV變電站220 kV母線電壓在高峰時段超過232 kV，該變電站考核點功率因數(shù)應不高于0.98，否則不合格；在低谷時段低于216 kV，該變電站考核點功率因數(shù)應不低于0.92，否則不合格。3）地區(qū)月度功率因數(shù)合格率考核標準為95%，每低于考核標準10個百分點，扣該供電公司1分。為提高青島電網(wǎng)主網(wǎng)電壓質量及安全穩(wěn)定水平，改善電能質量，完成集團公司下達的任務，青島地調在實踐中探索總結，采取了一系列措施，通過完善無功裝置管理流程、改進無功自動控制系統(tǒng)、調整電網(wǎng)運行方式，提高了青島電網(wǎng)功率因數(shù)合格率。

1 功率因數(shù)合格率現(xiàn)狀分析

根據(jù)集團公司文件規(guī)定，考核點的采樣周期為15min，即每天考核96點。按照不合格類型（高峰時段功率因數(shù)小于0.92、低谷時段功率因數(shù)大于0.98、高峰時段220 kV母線電壓超過232 kV時功率因數(shù)高于0.98、低谷時段220 kV母線電壓低于216 kV時功率因數(shù)低于0.92），對青島電網(wǎng)2010年2月份的功率因數(shù)不合格點進行統(tǒng)計，如表1所示，低谷時段大于0.98占功率因數(shù)不合格點的絕大部分，此種不合格類型的解決對提高全網(wǎng)功率因數(shù)合格率意義重大。

2 不合格原因分析

2.1 功率因數(shù)調整裝置

表1 功率因數(shù)不合格調查表

功率因數(shù)調整裝置包括10 kV電容器、35 kV電容器及主變調壓分頭。對隸屬于市區(qū)主要220 kV變電站南京路站系統(tǒng)的無功裝置故障情況進行調查，如圖1所示，可見功率因數(shù)的合格率與無功裝置故障時間緊密相關，無功裝置故障時間長的月份功率因數(shù)合格率也低。

圖1 無功裝置故障時間與功率因數(shù)合格率變化圖

2.2 技術手段

青島電網(wǎng)功率因數(shù)的調整由監(jiān)控人員監(jiān)控，地調調度員負責調整，不合格點的發(fā)現(xiàn)與調整均需人工完成，效率低下。

功率因數(shù)與電壓同屬無功調整范疇，而青島電網(wǎng)電壓合格率排名常年位居全省前列。其成功經(jīng)驗中重要一環(huán)即自動控制系統(tǒng)TOP3000的應用，該系統(tǒng)可實現(xiàn)無功補償設備合理投切和無功分層就地平衡與穩(wěn)定電壓，實現(xiàn)主變分接開關調節(jié)次數(shù)最少和電壓合格率最高，網(wǎng)損率最小，但其邏輯中，缺少對功率因數(shù)的控制。依據(jù)電壓管理的經(jīng)驗，自動控制系統(tǒng)對合格率的控制很好，如改進TOP3000程序邏輯，加入對全網(wǎng)功率因數(shù)的控制，將對合格率的提高大有裨益。

2.3 用電負荷

新建變電站由于用電負荷小，功率因數(shù)合格率明顯偏低，且合格率與主變負載率緊密相關，以新建220 kV變電站董家站為例，由圖2可見，主變負載率低的月份功率因數(shù)合格率也低。

圖2 主變負載率與功率因數(shù)合格率變化圖

3 改進措施

3.1 制定無功裝置維護閉環(huán)管理制度

1）修改無功裝置維護流程。

無功裝置故障分為軟件（TOP3000）故障和硬件（無功裝置本身）故障。其中軟件故障原因是由于通訊通道等原因造成TOP3000系統(tǒng)下達命令后，現(xiàn)場設備未按時自行，此時TOP3000自動對設備進行封鎖；硬件故障是電容器本身設備故障。原維護流程為：監(jiān)控中心負責監(jiān)視無功裝置運行情況，發(fā)現(xiàn)故障后，如軟件故障，將TOP3000中封鎖設備進行解鎖，正常后投入運行，如解鎖后系統(tǒng)再次將其封鎖，可判為硬件故障，此時將故障設備退出運行并通知修驗工區(qū)處理，修驗工區(qū)處理好后通知監(jiān)控中心恢復運行，全過程均無嚴格的時間約束且無專責人監(jiān)督、缺少考核制度。

對原有流程進行修改，增加無功管理專工監(jiān)督環(huán)節(jié)，修驗工區(qū)每月匯集整理工作記錄，向無功管理專工匯報無功裝置維護情況，監(jiān)控中心每月向無功管理專工匯報無功裝置運行情況，由無功管理專工對監(jiān)控和維護兩方進行考核，責任到人，建立閉環(huán)管理流程。管理流程如圖3所示。

圖3 無功裝置維護流程圖

2）制定無功裝置監(jiān)控與維護規(guī)范及考核辦法。

監(jiān)控中心職責：監(jiān)視無功裝置日常運行情況，記錄裝置異常情況；保證TOP3000系統(tǒng)正常運行，及時對封鎖設備進行解鎖；根據(jù)方式變化，及時調整TOP3000中變電站上下級關系；對故障設備，及時通知修驗工區(qū)進行處理；每月將運行記錄匯總報送無功管理專工。

修驗工區(qū)職責：負責公司所轄變電站無功補償和調壓設備的日常維護工作；對無功裝置出現(xiàn)的各種故障及時處理；每月將維護和故障處理記錄匯總報送無功管理專工。

考核標準：無功裝置本身無故障時，異常封鎖時間＜15min；運行方式變化后，變電站上下級關系修正時間＜1 h；無功裝置故障至修復時間＜3個工作日；因缺少備品無法修復時的修復時間＜10個工作日。

考核辦法：因監(jiān)控中心未及時解鎖導致異常封鎖時間大于15min情況，記責任事故1次，調度室績效考核分扣相應責任人1分；因方式變化，變電站上下級關系修正時間＞1 h，記責任事故1次，調度室績效考核分扣相應責任人1分。

3.2 改進無功優(yōu)化系統(tǒng)流程

加入功率因數(shù)合格這一約束條件，形成功率因數(shù)合格和電壓合格兩種約束條件，做到電壓/功率因數(shù)聯(lián)合調整。在實踐中，經(jīng)跟蹤觀察，電壓未越限但功率因數(shù)越限情況下，TOP3000繼續(xù)調整無功裝置運行方式，以達到電壓/功率因數(shù)皆合格。流程如圖4所示。

3.3 調整運行方式

停用負載率低的變壓器。主變負載率低、主供市郊且無重要負荷的變電站，其可靠性需求不高，如220 kV董家站，可停運一臺變壓器，以降低空載損耗和充電功率。

負荷調接。青島電網(wǎng)110 kV和35 kV網(wǎng)絡為環(huán)網(wǎng)接線、開環(huán)運行，存在部分空充電線路。通過聯(lián)絡關系，將負載率較高的變電站供電線路調負載率低的變電站供電，以使主變負載率分布更為合理。另外，針對空充電線路，采取定期充電的方式，降低低谷負荷期間的充電功率，同時保證線路的安全性。

圖4 無功優(yōu)化系統(tǒng)流程圖

4 結語

通過以上措施的實施，功率因數(shù)合格率有明顯提高，2010年 7月達到 95.71%，8月更是達到95.84%，均超過95%的標準線，且自夏季高峰以來，青島電網(wǎng)功率因數(shù)合格率已連續(xù)4個月位居全省首位。