Analysis of Reactive Measurement in an Industrial Park

Wu Chunyan / Geng Jinzhi / Huang Yurong / Wang Yong

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Analysis of Reactive Measurement in an Industrial Park

Wu Chunyan / Geng Jinzhi / Huang Yurong / Wang Yong

AbstractTaking the distribution network in an industrial park as an example, the reactive power loss is calculated and the reactive measurement problem is analyzed. Then according to the problems existing in user-side distribution network, measures and suggestions to avoid the reactive power evaluation are expounded.

Keywordsreactive power loss, charging power, metering, no-load

0引言

在電力系統(tǒng)中，存在兩種功率：有功功率和無功功率。有功功率是用來維持負(fù)載正常工作的電功率，可轉(zhuǎn)換為其他形式的能量；無功功率則是用來維持設(shè)備電磁場的正常建立，在電網(wǎng)中的波動會占用發(fā)電機(jī)等無功電源的出力，還會引起電壓波動，改變網(wǎng)絡(luò)損耗。因此，供電企業(yè)對用戶從電網(wǎng)吸收的無功電能會進(jìn)行計量和獎懲考核。

由于用電側(cè)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷類型、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式等對無功電能的計量有很大影響，所以，用電側(cè)無功損耗的計算和分析對于規(guī)劃、設(shè)計和運(yùn)行階段的合理性都有著較為重要的指導(dǎo)意義。

1實例分析

圖1為某工業(yè)園區(qū)內(nèi)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，地區(qū)110/10kV變電站內(nèi)主變2臺，110kV側(cè)為雙母線接線、10kV側(cè)為單母線分段接線，從10kV側(cè)兩段母線分別引出2路電源線(556出線、560出線、555出線和559出線)為10kV開閉所的四段母線供電。每一路電源線均設(shè)2條型號為YJV22-3X185(8.7/15kV)的電纜，單條電纜長度約為500m。10kV開閉所運(yùn)行方式為兩組(四段)母線，均分段運(yùn)行，出線側(cè)帶有本建筑內(nèi)10臺型號為SCB11～10/0.4kV的干式變壓器及一座相距約600m的變配電室(內(nèi)設(shè)2臺型號為SCB11-10/1000的變壓器)。開閉所(AH28和AH35出線)引至該變配電室的兩路電源線為YJV22-3X240(8.7/15kV)。在地區(qū)110/10kV變電站10kV出線側(cè)、10kV開閉所進(jìn)、出線側(cè)均裝有智能計量表。

表1為該園區(qū)內(nèi)10kV配電網(wǎng)IV段查抄到的多級計量數(shù)據(jù)，以110/10kV變電站10kV側(cè)計量點數(shù)據(jù)作為收費依據(jù)，由表1可以看出該點連續(xù)幾個月功率因數(shù)都在0.3左右，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的0.9。

表1　某園區(qū)10kV配電網(wǎng)IV段多級計量數(shù)據(jù)

1.1變壓器無功損耗

變壓器有功及無功功率損耗的計算公式為：

(1)

(2)

式中，P0為變壓器空載損耗，kW；Pk為變壓器短路有功損耗，kW；I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)；Uk%為變壓器阻抗電壓占額定電壓的百分?jǐn)?shù)；β為變壓器負(fù)載率，0≤β≤1。

變壓器處于空載狀態(tài)、負(fù)載率為0時，其功率損耗為空載有功損耗和空載無功損耗之和。統(tǒng)計及計算得到該園區(qū)內(nèi)變壓器空載有功損耗和無功損耗如表2所示。

表2　變壓器空載有功、無功損耗

注：數(shù)據(jù)來自金曼克變壓器出廠資料。

1.2電纜無功損耗

考慮到10kV電纜在交流電壓的作用下會產(chǎn)生較大的對地電容，在空載(或接近空載)情況下相當(dāng)于電容器。其無功充電功率的計算式為：

(3)

式中，Qc為充電功率，kW；f為電網(wǎng)頻率，50Hz；C為電纜電容，F(xiàn)；U為系統(tǒng)線電壓，V；Uφ為相電壓，kV；Iφ為相電流，A。

根據(jù)電纜樣本參數(shù)，得到不同標(biāo)稱截面的網(wǎng)內(nèi)用電纜，每千米無功功率損耗如表3所示。

表3　型號為YJV22(8.7/10(8.7/15kV))

注：電容參數(shù)來自明達(dá)電纜樣本。

圖1　某園區(qū)配電網(wǎng)一次系統(tǒng)圖

1.3多級計量表計無功平衡分析

由表1可知，AH35出線(供下級相距600m變配電室的1 000kVA變壓器)2015年11月計量數(shù)據(jù)中有功電量為3 300kW·h，由3 300/30/24=4.58kW，可得到該變壓器日平均負(fù)載率接近零，其他幾個月份有功損耗也較為接近，因此AH35出線計量得到的無功電量對應(yīng)的日平均功率應(yīng)該接近其出線電纜的充電功率(容性)和變壓器的無功空載損耗(感性)絕對值之差。以每天24h、每月30天計算，由表2和表3可以得到月無功電度數(shù)為2 731.68kW·h，表中實際計量數(shù)據(jù)為2 880kW·h，考慮運(yùn)行工況與樣本數(shù)據(jù)的差異性、互感器與電能表的計量誤差以及人工抄表造成的日期誤差等因素，可以認(rèn)為計算結(jié)果與計量數(shù)據(jù)較為接近。

AH24與AH35由于僅經(jīng)過開閉所母排以及小段出線電纜，所以其計量數(shù)據(jù)應(yīng)較為接近。而110kV地區(qū)站的559出線與AH39之間經(jīng)過了開閉所該段進(jìn)線電纜，兩表計量結(jié)果之差應(yīng)該與該段電纜充電功率在1個月內(nèi)產(chǎn)生的無功損耗相接近。以每天24h、每月30天計算，由表3可得到該段電纜月無功電度數(shù)為7 460.64kW·h，與表1中兩表計量數(shù)據(jù)的差值基本接近。

2結(jié)論

根據(jù)以上計算結(jié)果分析可知，運(yùn)行過程中出現(xiàn)變壓器負(fù)荷率嚴(yán)重過低的情況時，感性無功不能抵消線路低負(fù)荷運(yùn)行時的容性無功，而園區(qū)內(nèi)10kV中壓側(cè)又沒有感性無功補(bǔ)償裝置，導(dǎo)致功率因數(shù)偏低。而對于純用電用戶，電能表計量設(shè)置時會將四個象限產(chǎn)生的無功電度數(shù)之和作為總的無功電量，因此僅在低壓側(cè)進(jìn)行容性補(bǔ)償會導(dǎo)致大量罰款的產(chǎn)生。

造成此問題的原因主要為：在設(shè)計前期，工藝負(fù)荷往往是按用電高峰負(fù)荷與裕度的情況進(jìn)行設(shè)定，與實際運(yùn)行負(fù)荷差別較大，若為試驗性負(fù)荷甚至?xí)霈F(xiàn)前述負(fù)載率不足10%的情況。避免和改善此種情況的方式主要有以下幾種：

1)在前期資料階段，工藝負(fù)荷應(yīng)該盡量符合實際需求，負(fù)荷類型盡量明確。

2)運(yùn)行階段在保證供電可靠性的同時，盡量減少熱備用或輕載線路(熱備用線路可能產(chǎn)生大量無功電度數(shù))。

3)中壓配電網(wǎng)內(nèi)電纜線路較多、較長及全網(wǎng)負(fù)荷波動范圍較大時，可在中壓側(cè)安裝感性無功補(bǔ)償裝置。

4)在進(jìn)行變壓器選型時考慮選擇可調(diào)容量的變壓器，在負(fù)荷輕時采用較小容量來提高負(fù)荷率。

參考文獻(xiàn)

[1]麥海華.10kV配電網(wǎng)熱備用電纜的無功計算機(jī)補(bǔ)償[J]. 湖南農(nóng)機(jī), 2011,38(1):104-104.

[2]周鶚，等.電機(jī)學(xué)(修訂版)[M]. 北京:水利電力出版社,1988: 44-46.

[3]余斌, 秦明亮, 楊秀朝. 充電無功功率對無功計量的影響[J].水電能源科學(xué), 1998(2):62-66.

[4]Wang Xiaozhe, Chiang Hsiao-Dong. Analytical studies of quasi steady-state model in power system long-term stability analysis[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems I, 2013, 61(3):943-956.

[5]Wang Xiaozhe, Chiang Hsiao-Dong. Numerical investigations on quasi steady-state model for voltage stability: limitations and nonlinear analysis[J]. International Transactions on Electrical Energy Systems, 2014, 24(11): 1586-1599.

[6]Wang Xiaozhe, Chiang Hsiao-Dong. Some issues with quasi-steady state model in long-term stability[A]. IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2013: 1-5.

某工業(yè)園區(qū)無功計量問題分析

武春艷1/ 耿金枝1/ 黃玉蓉1/ 王勇2

1. 中國航天科工集團(tuán)飛航技術(shù)研究院動力供應(yīng)站技術(shù)管理中心，北京100071 2. 中國航天建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京100071

摘要以某工業(yè)園區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)為例，進(jìn)行了無功損耗計算和無功計量問題的分析，并根據(jù)用電側(cè)配電網(wǎng)目前存在的問題，闡述了避免無功考核的相應(yīng)措施和建議。

關(guān)鍵詞無功損耗充電功率計量空載