1、发电厂启备变低压侧无功补偿装置改善空载功率因数的研究摘要：本文作者阐述了空载功率因数研究的必要性，介绍了低压侧感性无功补偿容量确定方法，并对无功补偿效果进行了分析。 关键词：启备变低压侧无功补偿装置；空载功率因数；研究 中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号： 1 研究背景 由于电源线路较长，电厂起备变空载运行时，功率因数低，罚款比例高。 电厂的起备电源引接与 12.9km 外的 220kV 变电站，通过开关接到电厂起备变，起备变的参数见表 1。 表 1 王滩电厂启备变参数表 正常运行方式是：电厂的起备变处于热备用状态，低压侧 6.3kV 开关在分闸状态，起备变处于长期空载运行。 由于
2、 220kV 线路较长，线路的容性无功远大于起备变空载时的感性无功，致使整个线路向电网输送容性无功。由华北电网有限公司用电客户收费清单上看，起备变空载时功率因数只有 0.02 左右，非常低。 根据现执行的国家物价局功率因数调整电费办法83 号水电财字第 215 号文件的规定：功率因数标准 0.90(适用于 160 千伏安以上的高压供电工业用户)。根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整电费表” （见表2）所规定的百分数增减电费。 表 2 以 0.90 为标准值的功率因数调整电费表 由上表可以看出，实际功率因数高于标准功率因数 0.9 时
3、，给予相应比例的奖励，低于时则为相应的罚款。 在 2009 年，起备变空载时，因功率因数低的罚款比例在 130左右。2 技术改造必要性 2.1 起备变空载时功率因数非常低，只有 0.02 左右，罚款比例在130左右； 2.2 机组检修 2.2.1 机组节检： 在 2009 年 9 月 23 日 19：002 机组开始停机，10 月 7 日 10：15 左右并网，在 2009 年 9 月 21 日至 2009 年 10 月 20 日华北电网有限公司用电客户收费清单上的功率因数为 0.1，罚款比例在115，罚款 12.6 万元（机组检修期间，使用两机厂用 6kV 系统互代，否则会更多） 。 2.2
4、.2 机组 C 级检修：2010 年 2 月 12 日 23：00 开始停机，3 月 13日 23：24 左右并网，在 2010 年 2 月 21 日至 2010 年 3 月 20 日华北电网有限公司用电客户收费清单上的功率因数为 0.17，罚款比例在 105，罚款 17.3 万元（机组检修期间，使用两机厂用 6kV 系统互代，否则会更多） ，在加上 2 月份的罚款，机组 C 级检修一次总罚款约在 20 万元（机组检修期间，使用两机厂用 6kV 系统互代，否则会更多） 。 2.2.3 机组有 A 级检修，则罚款额更大。 3 低压侧感性无功补偿容量确定 3.1 理论计算 变压器空载无功损耗计算见
5、公式（1） ，该损耗为感性无功。 Q0= (SeIo)l00630000.0744.1(kvar)（1） 式中 Q0变压器空载无功功率损耗，kVar； Se变压器的额定容量，63000kVA； Io变压器空载电流百分比，0.07%。 3.2 线路损耗计算 线路空载损耗为容性无功充电功率，计算见公式（2） 。 QLblU22.55132262=1693(kVar) （2） 式中 QL线路充电功率，kVar； b 线路电纳，10-6/ km； l 线路长度，13km； U 线路线电压，226kV。 公式（2）中线路电纳 b 的计算见公式（3） 。 =2.55106（S/km） （3） 式中 Dm相
6、间导线的几何均距，10.2m； r 导线半径，该线路导线型号为 LGJ-240/40，导线半径为10.83mm。 公式（3）相间导线的几何均距 Dm 计算见公式（4） ，导线为平行 布置。 （4） 式中 DABA、B 相间距离，8.1m； DBCB、C 相间距离，8.1m； DCAC、A 相间距离，16.2m； 补偿电抗容量计算 启备变系统的无功损耗情况见公式（5） 。 （5） 式中 QS启备变系统无功损耗，kvar； QL线路容性无功损耗，1693kvar； Q0启备变感性无功损耗，44.1 kvar。 由上式计算可见，空载情况下启备变系统呈容性。因此要改善启备变系统的功率因数，需要为启备变
7、系统补偿感性无功。要将空载情况下的功率因数提高到 0.85 以上，同时考虑到补偿后系统应该为感性，所以理论上补偿后的感性无功最大值计算见公式（6） 。 （6） 式中 Q0.85将空载情况下功率因数提高到补偿到 0.85 后，启备变系统的感性无功量； P0空载情况下启备变系统的有功损耗，也是启备变的空载损耗，46.54kW； 启备变系统电能质量合格情况下的最小功率因数，0.85； 欲使空载情况下启备变系统电能质量合格，理论上能够补偿的最大电抗值为 QSQ0.852916491678kVar。 3.3 实际计算 1、实际启备变系统无功功率计算 在启备变系统空载情况下，电厂提供的供电侧用电数据如表
8、3 所示，表 3 的变比为 275000，表 2 的变比为 2750。 表 3 空载情况下启备变系统供电侧用电数据 6 月 12 日到 7 月 11 日之间启备变系统发出的容性无功为（1739016920）27501292500kVarh；该用电数据的时间间隔为30 天，则启备变系统的容性无功功率为 129250030241795kVar。 7 月 22 日到 8 月 27 日之间启备变系统发出的容性无功为（1826417655）27501674750kVarh；该用电数据的时间间隔为37 天，则启备变系统的容性无功功率为 167475037241886kVar。 由计算结果可见，启备变系统容
9、性无功损耗的实际计算数据（1795kVar 和 1886kVar）与理论计算数据（1649 kVar）之间有一定的误差，主要是由于线路实际电纳与理论电纳之间存在误差引起，见公式（2） ；同时 6 月 12 日到 7 月 11 日之间的启备变系统容性无功损耗计算数据（1795kVar）和 7 月 22 日到 8 月 27 日之间的启备变系统容性无功损耗计算数据（1886kVar）之间存在误差，主要是由于计量精度不同引起，也可能与 220kV 系统运行电压不同有关，见公式（2） 。 3.4 实际补偿电抗容量计算 根据实际计量数据计算，欲使空载情况下启备变系统功率因数达到0.85，补偿的电抗值范围为
10、1795Q0.851886Q0.8517952918862918241915kVar 根据理论和实际计算结果，考虑线路容性无功会随系统电压的变化而变化，见公式（2） ，以及为保证系统稳定，空载系统在补偿后应为感性，因此确定电抗器的容量为 2000kVar。 考虑到实际计算电抗器范围为 18241915kVar，同时考虑补偿后系统应该为感性，设置-210%两个抽头，以便于进行电抗器感性无功的调整。 4 无功补偿效果 整套装置于 2011 年 12 月份投入运行，空载时起备变的功率因数由原来的 0.03 提高到 0.83，罚款比例由原来的 130%降到 3.5%。加之 2012年电厂有 A 级检修，节约由于功率因数低造成的罚款 180 多万元，效果很好。
