基于有源用戶關口下網側功率因數低的解決方案

張 偉

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

功率因數是衡量企業供電系統電能利用程度和電氣設備使用狀況的的一個具有代表性意義的指標之一。為了保證電網供電質量，電網考核電力用戶的重要指標是功率因數是否達標。電網考核有源用戶功率因數的標準依照不同用戶類別、裝見容量及功率因數對應不同系數按月進行獎罰。

1 電能質量問題產生的原因

1.1 非線性負載

工業和生活用電負載，是電力系統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載，它的諧波主要是由起弧的時延和電弧的嚴重非線性引起的，電弧長度的不穩定性和隨機性，使得其電流諧波頻譜非常復雜，而且隨時間會有明顯的變化；大功率整流或變頻裝置在現代工業中的應用極為廣泛，這種基于電力電子的設備會產生嚴重的諧波電流，對電網造成嚴重污染，同時也使功率因數降低。

1.2 電力系統設備的非線性特性

在電力電子裝置大量使用以前，電力系統中主要的諧波源是發電機和電力變壓器。發電機是公用電網的電源。在實際運行中，由于多種原因，發電機的感應電動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磁回路的非線性引起的。產生諧波電流的大小與變壓器的鐵心結構、鐵心飽和程度以及變壓器的連接方式都有關系。

1.3 電力系統故障及其他原因

電力系統運行的內，外故障也會造成電能質量問題，如短路故障，雷擊、誤操作、電網故障時發電機及勵磁系統的工作狀態的改變、故障保護裝置中的電力電子設備的啟動以及因電網電壓高，發電機無法調節無功負荷等都將造成各種電能質量問題。

某園區一有源電力用戶，由國網和自備電廠提供電力，發電機組及用戶負荷變電站均由國網省調調管，根據國網安排在保持發、用平衡的情況下，按照關口表計量的下網電量交納相關電費。投產期初，該園區發電機組集中投產且用電負荷低，國網為解決200km以外的地區用電，安排自備電廠多發電，造成系統保持較高電壓（接近239kV）運行。該園區重要用戶主要電力負荷為大功率整流裝置，是產生諧波電流和功率因數低的主要原因，為了消除諧波電流，在建設期間已安裝消諧裝置，但因負荷低不能投入運行，加上自備電廠調節手段受限，導致功率因數低于0.90，導致電能質量受影響和功率因數低的原因如下：

1.3.1 發電機組消缺需降低出力

投產期初，用電負荷小于或等于發電機組容量，這時企業不從電網下網電量，但因發電機組剛投產發電，經常出現需降低出力消缺陷或當增發無功發電機組出現振動等問題不能增發無功負荷，個別時段會出現下網少量有功，無功電量占比大的情況發生，造成功率因數較低。

1.3.2 因系統電壓高發電機組無法增發無功

當發、用電平衡失衡，產生下網且功率因數低時，正常可通過調節勵磁增發無功負荷來提高功率因數，由于系統一直保持較高電壓運行，有源用戶自備發電機組無法增發無功負荷，增發無功會使系統電壓再增加，甚至超過239kV，只能從電網吸納大量無功電量，造成個別用戶下網功率因數較低。

1.3.3 負荷側無功補償裝置不能投入運行

根據用電側無功補償裝置投運條件，可根據用電負荷大小分組投入無功補償裝置，但當用電側負荷低于50%時，暫不能投入無功補償裝置，以免過補償。

用電側無功補償裝置因隔離開關等電氣元件故障無法正常投運時。

以2012年3月為例，當月下網有功電量、無功電量分別為：211.75萬kWh、389.95萬kVar，功率因數最低達到功率因數為0.48，考核系數為+49%，即按照電力電費計算，（電度電費+基本電費-政府基金電費）*49%進行處罰，處罰電費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 負荷側無功補償裝置全部投入運行

認真巡視、檢查并維護好無功補償裝置，避免在運行過程中出現因整流變壓器所帶無功補償裝置高壓配電設施故障造成停運，建議將檢修更換下來的備件及時維護好作為備件，當發生類似問題時及時更換；另外從根本解決因制造工藝缺陷導致高壓配電設施故障的問題。

2.2 發電機組擇機增加無功出力

運行中的發電機額定功率因數一般為0.85，也有少數發電機，其額定功率因數為0.85～0.90。發電機的功率因數從額定值到1.0范圍內變化時，可以保持額定出力不變。但為保證系統的靜態穩定，功率因數一般不應超過0.95。當發電機的功率因數低于額定值時，由于轉子電流增大，會使轉子溫度升高。此時，應調整有功負荷，降低發電機的出力。否則，轉子溫度可能超出極限值。所以，電廠運行值班人員必須及時調整負荷，使轉子電流不超過在該冷卻空氣進口溫度下的允許值。

同時，還要滿足供電部門對上網功率因數考核要求（目前沒有對發電側功率因數進行考核）；不得超過允許轉子電流；定子電流不超出；若想少發無功時，減少勵磁電流要注意發電機不進相不振蕩。對于單機運行的發電機則不存在調節功率因數的問題，其前提是保持發電機適當的穩定電壓。

2.3 協調省調調整系統電壓

與電網連接的兩條專線系統電壓偏高，接近最高限值239kV,經與省調溝通，及時調整周邊電廠的無功，降低系統電壓。

2.4 自備電廠側主變、或高廠變無載開關抽頭調整

發電機出口側額定電壓15.75kV，實際運行電壓達到16.30kV,220kV母線側電壓達到239～240kV，為了進一步降低220kV母線側電壓，在以上三種方案均不能實現的情況下，通過主變或高廠變輪停調整無載開關抽頭來降低母線電壓。

2.5 負荷側加裝無功補償裝置

按照負荷側現有功率因數，在接入電網的變壓器10kV側測算需增加補償容量加裝無功補償裝置。

2.6 在電廠6.3kV側加裝高壓靜態無功補償裝置

在電廠側加裝高壓靜態無功補償裝置，該裝置可以通過調節電抗值來減少6.3kV段廠用電所需無功，讓發電機發出的無功去充分平衡負荷側下網的無功，從而提高下網側功率因數。

隨著電網網架的不斷增強，周邊電力用戶負荷增長，系統電壓有所改善；有源用戶通過調整電廠側主變無載開關分接頭、用電負荷不斷增長，負荷側無功補償裝置全部投入運行后，該片區電能質量問題得以徹底解決。