浅谈提高电力客户功率因素的方法.doc

浅谈提高电力客户功率因素的方法目录1提高电力用户功率因素1.1功率因数的产生1.2电力用户功率因数标准1.3目前电力客户功率因素现状2 影响电力客户功率因素的主要原因及造成的影响2.1电工理论水平较低。2.2用户负荷偏相调整不及时2.3设备选型、设备运行方式不合理2.4用电方式不合理2.5设计上的先天缺陷2.6选用的电动机型号、规格和容量不恰当2.7无功补偿的电容器，自动投切装置出现故障2.8接线错误2.9电容器补偿装置投切方式不当2.10电容器补偿装置维护不当3 提高功率因素的措施3.1提高自然功率因素3.2无功补偿4 电力用户安装无功补偿的好处4.1 实行力率收费，可减少电费支出，节省企业电费开支4.2 提高设备的利用率，可选用较小容量的变压器4.3 降低系统的能耗，减少了电能的损失4.4 改善电压质量4.5 三相异步电动机通过就地补偿后，增加了变压器的容量摘 要用户功率因数的高低，对于电力系统的安全、经济、可靠运行和电力客户电费的支出有着显著的影响，无功功率如同有功功率一样，是保证电力系统电能质量、电压水平、降低损耗以及安全运行所不可缺少的部分。对供电企业来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，严重时，会导致设备损坏，系统解列。同时，电力网中功率因数和电压的降低，使电气设备得不到充分利用，使得电力网传输能力下降，损耗增加。对电力客户来说，客户功率因数的高低直接影响其电费的支出。因此帮助电力客户提高功率因数，不但有利于电网安全可靠运行，而且可以帮助电力客户减少电费支出，将产生显著的经济效益和社会效益，提高电力系统优质服务水平。如何提高电力客户的功率因数，已成为电力系统营销工作中一个重要课题，本设计通过分析为什么要提高电力客户的功率因素，影响电力客户功率因素的主要原因，提高功率因素的方法和措施，以及电力客户提高了功率因素的好处，浅谈了提高功率因素的办法。由于本人水平有限，若设计中出现谬误之处，恳请各位专家批评指正。关键词电力客户功率因素 影响因素 效益 方法和措施SummaryUser-level power factor for power system security, economic and reliable operation of electricity and electricity customers spending has a significant impact, as the active power reactive power, is to ensure power system power quality, voltage level, reducing wear and tear and safety indispensable part of the run. For power supply companies, the level of the user the power factor, directly related to the electricity network in power loss and power loss is related to the voltage supply line losses and voltage fluctuations, severe, can cause equipment damage, system splitting. Meanwhile, the power grid in the lower power factor and voltage, so that electrical equipment is not fully utilized, making the power grid transmission capacity decline, loss increases. For electricity customers, customer power factor will directly affect their electricity expenditures. Therefore, the power to help customers improve power factor, not only conducive to safe and reliable operation of the grid, and electricity customers can help reduce electricity costs, will have a significant economic and social benefits, improve power system service level. How to improve customer power factor power, marketing power systems has become an important issue, why this design improve power by analyzing the customer's power factor, power factor affectingthe main electricity customers, improve the power factor ofthe methods and measures, and electricity customers the benefits of improved power factor, On the way to improve powerfactor. Because I is limited, if the design appears fallacious hope that the experts criticized the correction.Key words ：power factor power factor customers and measures for effective methods一、提高电力用户功率因素1.功率因数的产生用电功率因素是指用电负荷的有功功率与视在功率的比值。电力客户的用电设备，如变压器、感应电动机、电力线路等，除从电力系统吸取有功功率外，还要吸取无功功率。无功功率完成电磁能量的相互转换，并不作功。无功和有功同样重要，没有无功，变压器不能变压，电动机不能转动，电力系统不能正常运行。无功功率的消耗导致用电功率因素降低，因而占用了电力系统发供电设备提供有功功率的能力，或增加了发送无功功率的设施，同时也增加了电力系统输电过程中的有功功率损耗。因而世界各国电力企业对电力客户的用电功率因数都有要求，并按客户用电功率因数的高低在经济上给予奖惩。电力客户功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要一定的无功功率，无功是建立和维持交变电磁场需用的那部分交流电能，起着电能-电磁能-电能的反复转换能量的作用，用以说明电源所提供的电磁场能量的规模。当有功功率P一定时，若减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q为0时，则其功率因数为1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需求量。异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备,是造成功率因素低的主要原因。异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。异步电动机耗用的无功功率的总和，一般占工业企业全部无功功率的60以上。当电动机长期空载或轻载时，其耗用量更大，变压器耗用的无功功率和总和，约占工业企业全部无功功率的20左右。特别是变压器空载运行时，消耗的无功功率占变压器总无功功率的80，所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，对异步电动机和变压器应采取有效措施减少空载或轻载运行。2.电力用户功率因数标准要提高电力客户功率因数首先必须了解电力客户功率因数考核标准，营销工作中电力客户功率因数标准共两种，简称为技术标准和电费考核标准，其中电费考核标准是根据技术标准细化的。2.1用户功率因数技术标准供电营业规则第四十一条规定：用户在电网高峰负荷时的功率因数，应达到：1、容量在100kVA及以上，供电电压在10kV及以上的用户，功率因数为0.90以上；2、其他电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上；3、农业用电，功率因数为0.8。2.2用户功率因数电费考核标准1、功率因数0.9标准适用于：（1）160kVA以上的高压供电工业客户（包括社队工业客户）。（2）3200kVA及以上的高压供电电力排灌站。2、功率因数0.85适用于：（1）100kVA及以上的其他工业客户（除大工业客户外的客户）和非工业客户（商业照明用户）。（2）100kVA及以上的电力排灌站。3、功率因数0.8适用于：100kVA及以上的农业户和趸售客户，但大工业客户未划由电力直接管理的趸售客户公路应属标准为0.85.3.目前电力客户功率因素现状通过近几年用户的调查问卷、查勘验收、现场检查和平时的接触，我们发现电力用户的无功管理水平有待提高，不少电力客户对用户侧的无功补偿工作长期忽视。而电力用户无功管理的缺失，一方面导致电力客户电费的直接经济损失，另一方面也导致客户所在供电线路线损居高不下。二、影响电力客户功率因素的主要原因及造成的影响除了用户单位人员管理不到位、无功管理技术不高以外，用户功率因数低的主要原因有:2.1电工理论水平较低创造最大的利润是企业的目标，所以企业主不愿雇佣高水平的电工，甚至不雇佣电工，造成变配电设备长期无人管理、维护，导致电力设备不能处于最佳状态运行。2.2用户负荷偏相调整不及时在三相电流不平衡时，功率因数也不平衡，没有采用分相补偿的客户，补偿控制器按照取样相的数据进行补偿，另外两相自然产生了误差，影响功率因数，在实际运行中，较多的电力客户存在这个问题。2.3设备选型、设备运行方式不合理用户用电量较小时，老式设备的损耗大的缺点就显得难以接受；取样电流互感器与实际负荷不匹配；单组电容器容量过大；电容器投入、切除门限设置不合适；无功补偿控制器的投切延时设置不对等。2.4用电方式不合理如“大马拉小车”变电设备负载率低，设备使用效率低，电感性用电设备长期轻载或空载等。2.5设计上的先天缺陷如设计人员出图不细致，对无功补偿容量的确定都是采取估算法，当遇到一些自然功率因数较低的设备时，估算法取得的数字就偏小，达不到规定的要求。2.6选用的电动机型号、规格和容量不恰当使变压器接近满载运行，或者企业无生产行为导致电动机长期处于低负载或空载下运行；2.7无功补偿的电容器，自动投切装置出现故障；2.8接线错误接入电容器的电压电流线错误导致控制装置无法正确计算投入电容等原因。2.9电容器补偿装置投切方式不当绝大多数企业在提高自然功率因素的基础上，采取人工补偿的措施提高功率因素，安装了并联电容器。但有些电力客户为了投切简单，将电容器投切容量装置为固定式的，因而发生在用电高峰时欠补偿或在低谷负荷时过补偿向电力系统倒送无功功率的现象，而供电企业按规定，将用户倒送无功功率与实用无功功率的绝对值之和计算月平均功率因素，因此影响了功率因素高低变化。2.10电容器补偿装置维护不当有些用户对电容器补偿装置未按规程规定进行巡视检查和定期维护，经常发生故障退出运行，没有发挥无功功率补偿作用，将造成欠补偿或过补偿，当用电设备自然功率因数不高时，将极大地影响功率因数水平。三、提高功率因素的措施综上所述，我们知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，发现提高功率因数主要有两种方法，一是提高自然功率因数，二是合理配置无功补偿装置。3.1提高自然功率因素提高自然功率因数是在不添置任何补偿设备，采用降低用电设备所需的无功功率、减少负载取用无功来提高用户功率因数的方法，它不需要增加投资，是最经济的提高功率因数的方法。下面将对提高自然功率因数的措施作一些简要的介绍，方法有：1、恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。在选择电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的技术指标。若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率都显著降低。合理选用电动机的型号、规格和容量，使其接近满载运行，可以最大限度的减少电动机无功消耗。2、对平均负荷小于其额定容量50%以下时的轻载电动机，可将线圈三角形接法改为星形接法（或采用-Y自动转换装置）。3、避免电机或设备空载运行，增加空载损耗和无功消耗。4、合理配置变压器，恰当地选择其容量。对负载率比较低的配变，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。5、调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。6、在生产工艺条件允许的情况下，采用同步电动机代替异步电动机。3.2无功补偿1、无功补偿原理用户仅仅依靠提高自然功率因数的办法已经不能满足对功率因数的要求，用户自身还需装设补偿装置，对功率因数进行人工补偿。把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联在同一电路中，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种性质的负荷介质之间相互交换，这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率得到补偿。在企业的供电系统中通常采用电容器、调相机和静止补偿器对功率因数进行补偿。2、无功功率补偿的作用功率因数的高低影响电费，提高功率因素,减少了电费开支。功率因数提高可以降低线路电流线路电流I=P/(Ucos)，对于一定电压U的线路输送一定的功率P时,因为其线路电阻（R）是固定值,所以提高功率因数能够在输送相同的功率时降低线路电流；同样，提高功率因数可以减小导线截面，减少设备投资。功率因数提高,可以降低线损 线损为P =(P/Ucos)2R，提高功率因数,线路损耗降低。功率因数提高可以降低线路压降补偿后，由于功率因数提高，线路电流降低，U=IR, R为固定值，故线路压降降低。功率因数提高可以降低变压器铜损对于一台变压器当功率因数提高时损耗降低率为:=(P/P1)×100 (1)=(I12R-I22R)/ I12R×100 (2) =1(cos1/cos2)2×100 (3)当功率因数由0.80提高到0.90时，通过上式计算，可求得有功损耗降低21。当功率因数由0.50提高到0.60时，通过上式计算，可求得有功损耗降低31。在三相系统中输送功率P= 3UIcos不变情况下，功率因数提高，电流相对降低，设I1为补偿前变压器的电流，I2为补偿后变压器的电流，铜耗分别为P1，P2；铜耗与电流的平方成正比，即P1/P2=I22/I12由于P1=P2，认为U2U1时，即I2/I1=cos1/cos2可知，功率因数从0.80提高至0.90时，铜耗相当于原来的80。功率因数提高，减少了客户投资运行成本对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，功率因数提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力。对于新建项目来说，降低了变压器容量，减少了投资费用，同时也减少了运行后的基本电费。如一台变压器额定电压10kV，容量400kVA，额定电流是23.1A，当变压器在功率因数等于0.6时可带有功负荷:P=UIcos=1023.10.6=240kW当变压器在功率因数由0.60提高到0.90时可带有功负荷:P=UIcos=1023.10.9=360kW以上分析可得：提高功率因数可以（1）使系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高)，有利于大电机起动。（2）使系统的线路电流相应减小，降低系统有功损耗。（3）充分利用系统和设备容量降低系统和设备的投资。3、无功补偿的方法用户仅仅依靠提高自然功率因数的办法已经不能满足对功率因数的要求，用户自身还需装设补偿装置，对功率因数进行人工补偿。在企业的供电系统中通常采用电容器、调相机和静止补偿器对功率因数进行补偿。电力电容器作为容性无功补偿,已成为客户配电网中的主流。对电容器的补偿方法应以无功就地平衡为原则，按照江苏省电力公司2006年颁布的35kV及以下客户端变电所建设标准，客户端无功补偿的一般原则是：无功电力应就地平衡。应按照电压等级进行逐级补偿，使电网输出的无功电力最小。分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主，以取得最大的节能和和经济效益。安装电容器进行无功补偿时，主要采用分散补偿与集中补偿相结合的方法。集中补偿。集中补偿的优点是利用率高，能减少该变电所系统的无功损耗；缺点是不能减少出线的无功负荷。 分散补偿有两种形式：即个别补偿和分组补偿。个别补偿：个别补偿就是将低压电容器组与用电设备并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。其优点是补偿彻底、减少干线和分支线的无功负荷；缺点是利用率低、投资大。分组补偿优点是利用率高，能减少线路和变压器的无功负荷，并根据负荷投入和切除，运行方式灵活；缺点是不能减少支线的无功负荷，控制保护装置较复杂。根据这三种补偿方式的优缺点，我们不难看出在客户端变电所中将分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主，能取得最大的节能和经济效益。补偿的无功应做到随负荷变化进行自动投切，自动投切装置控制量可选用无功功率、电压、时间、功率因数等，一般来说应按负荷电压和功率因数综合控制（主要是对于负荷变化大，电压不稳定用户），以防止因过补偿造成无功倒送而降低节能效果。无功补偿装置应设置在变压器低压侧，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。无功补偿的容量选择：4.无功补偿容量的选择无功补偿容量的正确选择是获得良好补偿效果的重要环节，具体选择时，可考虑如下几个因素： 供电变压器的空载无功补偿一般可选变压器总容量30%的并联电容器作为固定补偿，以补偿变压器的空载无功损耗。 确定多路补偿的容量梯度了解用电负荷的最大值、最小值、负荷的波动情况，根据具体情况以确定电容器的投切步长和分组路数，做到对无功变化的精确跟踪。 平衡补偿、分相补偿、复合补偿的选择确定三相负荷的不平衡程度，必要时需进行现场测量，以确定采用三相平衡补偿还是采用复合补偿方式。当三相严重不平衡时，最好选用适当容量的分相补偿。确定补偿电容器的总容量测量自然功率因数，确定目标功率因数，根据两者之差确定所需要的无功补偿总容量。若已知：有功功率 P ，自然功率因数 cos1 ，目标功率因数 cos2 。则所需补偿的电容器总容量为：QP ( tan1 tan2 )确定是否采用抗谐波无功补偿电容器当电网谐波分量较大时，应进行现场谐波测试，必要时需采用与电抗器配套设计的专用电容器，以防止在较大谐波的作用下，补偿装置无法正常运行或电容器易损坏的现象发生5、电容补偿在技术上应注意的问题防止产生自励采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为电动机的励磁电流，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压，因此，为防止产生自励，规程规定电容电流不大于0.9倍的励磁电流,在选用电容时一定要注意。防止过电压当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。是因为挂在电网上的电容器被电网充电使得Uc=Usin,同时电容器也不可长期在过电压下工作,以防电容器因过电压损坏、爆炸。我国对并联电容器国标规定是：“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。”防止产生谐振电网中存在大量的感性负载,当进行无功补偿时,电感的感抗为XL=WL,电容的容抗为Xc=1/C, XL=XC时将产生谐振。L=1/C2fL=1/2fCf=1/2其谐振频率f =1/2,当谐振频率与电网频率50Hz相等时电网将产生谐振.电容和电感上的电压很高,将高于系统额定电压3至7倍,造成电气设备因过电压击穿损坏。防止受到系统谐波影响对于有谐波源的供电线路，还应增设电抗器等措施，利用电抗器在高频时阻抗大的特点,使谐波影响不致造成电容器损坏。产生谐波的主要设备有整流设备、电弧性设备等。6、电容补偿控制及安装方式的选择电容补偿方式的选择采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损和电压损失，宜进行分级管理、就地平衡，即低压部分的无功宜由低压电容器补偿，高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，单独宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在有工业生产机械化自动化程度高的流水线、大容量机组的场所，宜分散补偿。电容器组投切方式的选择电容器组投切方式分手动和自动两种 对于补偿低压基本无功及常年稳定和投切次数少的高压电容器组，宜采用手动投切；对于负荷变化快(一般指非连续生产的)为避免过补偿或轻载时电压过高，易造成设备损坏的，宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。无功自动补偿的调节方式以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相平衡时，也可采用功率因数参数调节；以改善电压偏差为主者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化者，按时间参数调节。四、电力用户安装无功补偿的好处我国电力系统每年线路损耗604万千瓦时，在1998年开始的城乡电网改造和建设中，要求降低线损10，如果通过无功补偿技术使线损降低2，就可以节省电力12亿千瓦时。而对于用电企业，据统计，全年电动机耗电量为2900亿千瓦时，线路损耗按10计算，则由此产生的线损约为290亿千瓦时，如果全国有20的电动机采用无功补偿技术，使电动机的平均功率因数由0.85提高到0.95，则每年可以降低网损11.6亿千瓦时，将给用电企业带来效益。1、实行力率收费，可减少电费支出，节省企业电费开支力率电费是指用户感性负载无功消耗量过大，造成功率因数低于国家标准，从而按电费额的百分比追加的电费，提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。2、提高设备的利用率，可选用较小容量的变压器对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。3、降低系统的能耗，减少了电能的损失补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOS，由于COS提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2U1从而导出I1COS1=I2COS2。即I1/I2= COS2/ COS1,这样线损 P减少的百分数为：P%= (1-I22/I12)×100%=（1- COS21/ COS22） × 100%当功率因数从0.700.85提高到0.95时，由(2)式可求得有功损耗将降低20%45%。4、改善电压质量以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失U为：U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 两部分损失：PR/ Ue输送有功负荷P产生的；QX/Ue输送无功负荷Q产生的；配电线路：X=（24）R，U大部分为输送无功负荷Q产生的变压器：X=（510）R QX/Ue=(510) PR/ Ue 变压器U几乎全为输送无功负荷Q产生的可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量（一般电压稳定不宜超过3%）。但是如果只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，减少线损，调压只是一个辅助作用。5、三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量计算公式如下：S=P/ COS1×（ COS 2/ COS1）-1如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（155÷0.857） ×（0.967 ÷0.857）-1=24KVA致谢本设计是在徐慧萍老师的指导下完成的。从设计的选题、结构到资料的整理等工作都得到了徐慧萍老师的悉心指导。在撰写设计的过程中，老师渊博的学识，严谨的治学态度，丰富的实践经验，循循善诱的指导方式，令学生终生受益，谨此表示学生最衷心的感谢。在攻读本科的这几年时间内，不可避免地存在着工作、家庭、学习的矛盾，但得到了单位领导、同事、家人、同学的大力支持和帮助，为此向他们致谢。最后向本设计的评阅人和参加答谢的老师们致以诚挚的谢意。参考文献1.陆安定.功率因素与无功补偿2.周存和.并联无功补偿装置选型简明手册3.罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备4.粟时平.刘桂英.静止无功功率补偿技术5.肖运新. 用电监察.水利电力出版社6.GB-50227-1995并联电容器装置设计规范7.王兆安.杨君.刘进军.王跃.谐波抑制和无功功率补偿.北京:机械工业出版社