提高鎮海電網功率因數合格率的研究

曹松錢，陸駿，黃致遠

（國網浙江省電力公司寧波供電公司鎮海運檢站，浙江寧波315200）

提高鎮海電網功率因數合格率的研究

曹松錢，陸駿，黃致遠

（國網浙江省電力公司寧波供電公司鎮海運檢站，浙江寧波315200）

以鎮海電網的現狀為出發點，分析了影響電網功率因數合格率的主要因素，并根據實際情況，提出了修改VQC定值、完善管理流程、進行變電站補償電容器容量調整、加強指標管理等多項技術和管理措施。通過技術改進、流程管理、電網運行方式的綜合調整，大大提高了鎮海電網的功率因數合格率。

功率因數；電能質量；管理；運行方式

電力系統的功率因數作為電網運行的一項重要參數，反映了電網的無功平衡水平。當輸送一定的有功功率，在供電電壓不變的情況下，功率因數較低時，系統輸送的電流將會增加，引起電氣設備以及線路有功損耗增加。而提高功率因數，則可以提高電源的利用率，使發電機能多發有功功率，變壓器在容量不變的前提下可以帶更多的有功負荷。同時，功率因數的提高還可以減少線路電壓損失和電能損耗，提高電能質量。所以，提高功率因數，實現無功分層分區平衡具有十分重要的意義。

1 鎮海電網功率因數現狀分析

1.1 鎮海電網簡介

鎮海電網現有有220 kV變電站3座，110 kV變電站10座，35 kV變電站5座，以110 kV線路為主網架，多環網布置，開環運行。

寧波石化經濟開發區作為浙江省唯一的石化工業專業園區坐落于鎮海，轄區內有包括鎮海煉化在內的眾多化工企業，電網網供負荷以工業負荷為主，白天高峰時段負荷較大，容易出現無功不足，晚上低谷時段負荷較小，容易出現無功過剩。鎮海電網夏季典型日網供負荷見圖1。

圖1 鎮海電網夏季典型日網供負荷曲線

1.2 設備運行問題

VQC（電壓無功控制系統）獲取模擬信號、開關狀態量，進行分析、計算及判斷，在電壓越出設置的預警區時，依據一定規則快速對控制設備發出調節指令。9座變電所的VQC定值設定都存在一定的問題，主要體現在定值設置的不合理，數值過低使調節效果不佳。

部分變電站電容器容量配置不足或者過大。前者出現的原因是變電站建設時沒有考慮到未來負荷的快速增長，造成投上全部電容器仍存在很大的無功缺口，需要通過上級電源長距離輸送無功，功率因數較低；后者出現的原因是變電站新建完成后負荷水平一直較低，而單組電容器的容量配置過大，出現投上電容器后功率倒送，不投功率因數偏低的現象。

由圖2可以看到以龍湖變電站（簡稱龍湖變，以下類同）為代表的一些投產較早、負荷較重的變電站，存在較大的無功缺口，高峰時段電容器投上后無法滿足要求。

圖2 110 kV龍湖變典型日無功缺口統計

一些投產較晚的變電站存在電容器配置過大的問題。以田野變為例，一共配置了4組電容器，每組電容器容量為4 200 kvar，從圖3可以看出，2號主變無功補償容量在3 000 kvar左右即可滿足要求。

圖3 110 kV田野變典型日無功統計

1.3 技術管理不足

實現電網調控一體化以后，電網的監控由變電運行部門移交到了調度所，調控員業務能力有待提高。沒有直觀手段來監測功率因數水平，也沒有對功率因數這項指標進行相應的考核。

根據有關規定對用戶電費結算，按用戶每月實用有功電量和無功電量，計算月平均功率因數加減電費。營銷口徑功率因數達到0．9時，不獎不罰；低于0．9時，每降低0．01，增加電費0．5%；高于0．9時，每增0．01，減少電費0．15%。調度口徑要求功率因數達到0．95以上。兩者考核辦法的不同導致用戶為彌補月末抄表時無功補償不足，低谷時段機器停機后，補償電容不退出運行；還有相當一些用戶在補償電容器的自動投切裝置損壞后，干脆人工投運后就不再退出，這些都影響到低谷功率因數調控。

2 改進措施

2.1 修改VQC定值

鎮海電網普遍采用VQC調整電網無功，VQC定值設置不合理，會造成VQC靈敏度不夠，控制效果差。修改后的110 kV變電站VQC定值：高峰時段（6∶45—11∶00，12∶30—17∶00）功率因數上限為1．00，下限由0．95改為0．97；低谷時段（21∶30—6∶30）功率因數上限由0．95改為1．00，下限由0．92改為0．95；腰荷時段（11∶00—12∶30，17∶00—21∶30）功率因數上限設為1．00，下限設為0．96，圖4為VQC定值修改后各變電站功率因數合格率的對比。

由圖4可以看到，靜德變、田野變、團橋變、澥浦變的功率因數指標得到了明顯的提升；而龍湖變、澥浦變、南洪變等由于無功補償容量存在問題，單從VQC優化的角度已經無法解決問題。

2.2 完善VQC維護流程

VQC故障分為軟件故障和硬件（無功裝置本身）故障。其中軟件故障主要是由于通信通道等原因造成系統下達命令后，現場設備未按時執行；硬件故障是電容器本身設備故障。原流程為調控中心發現設備故障，將其退出運行并通知修試工區處理，修試工區處理好后通知調控中心恢復運行，全過程均無嚴格的時間約束且無專責人監督，缺乏考核制度。

對原有流程進行修改，增加無功管理專工監督環節，由無功管理專工對監控和維護兩方進行考核，責任到人，建立閉環管理流程，見圖5。

2.3 建設AVC系統

AVC（自動電壓無功調控系統）的無功分層平衡、區域控制及優化動作次數等特征能使得電網取得可觀的經濟效益。相比于VQC，AVC系統可以體現不同電壓等級分接頭調節對電壓的影響，做到無功分層分區平衡，包含與地網AVC協調控制的策略，滿足某些全網的控制目標以及約束條件，如關口功率因數、全網網損最小的目標。

AVC系統的建設主要分為4個階段：開環運行階段；半閉環運行階段；閉環運行階段；與地網AVC系統閉環運行階段。

鎮海電網的AVC系統搭建于2010年完成，目前處于閉環運行狀態，并多次開展分層連調，計劃于2014年實現與地調AVC系統的閉環運行。

2.4 電容器容量調整

部分新建變電站投產初期負荷較低，單組電容器配置過大，造成無功補償效率低下，出現投入無功倒送，不投無功補償不足的現象。統計鎮海電網內變電站的用電高峰時段、節假日時段和正常時段的無功缺口后，對110 kV前方變、田野變實施了單個電容器減容工作，兩個變電站電容器容量調整如下：

（1）110 kV前方變1號電容器由原4 200 kvar減容至2 700 kvar，其余不變；

（2）110 kV田野變1號電容器由原4 200 kvar減容至2 400 kvar，3號電容器由原4 200 kvar減容至2 400 kvar。

圖6為110 kV前方變電容器減容前后功率因數合格率的對比，顯示前方變電容器減容運行一段時間后效果良好，平均功率因數在0.98左右，合格率也在90%以上，白天投1組4 200 kvar電容器，晚上投1組2 700 kvar電容器，基本能滿足無功需求，田野變2組電容器改造以后合格率由85%提高到了95%左右，均達到了預期的目的。

2.5 電網運行方式調整

一些投運時間較長的變電站，變壓器基本滿負荷運行，加上轄區內企業無功需求大，電容器全部投上以后仍然無法滿足要求。在沒有空余的間隔加裝新電容器時，可以考慮將部分線路割接到鄰近的負載率較低的變電站。

如因寧波石化經濟開發區的快速發展，澥浦變現有的4組電容器容量已經不能滿足供區的無功需求。為提高功率因數，將其中4條線路割接到新投運的廣源變。

4條線路的平均有功占澥浦變的11.76%，而平均無功占到了整個變電站的22.63%。在完成線路割接的10月份，澥浦變的功率因數合格率由95.94%提高到了99.48%，指標得到了明顯的改善（見圖7）。

同時4條線路割接后澥浦變的負荷得到了一定程度的降低，無功缺口得以減少。原4個電容器組24 h處于運行狀態，割接后晚上可以切除1組電容器組，這表明澥浦變現在還有一定的無功補償裕度，在未來一段時間內能保證實現變電站內的無功平衡。

2.6 加強功率因數的實時監控

利用現有的PI數據庫提供變電站功率因數報表，使監控員能實時了解所有10個110 kV變電站的功率因數情況。按照不同時段功率因數上、下限的要求，對越限的點采用不同顏色標識，使監控員能很快發現功率因數不合格的變電站，做出及時的調整，同時也可以對即將越限的變電站進行預調。

營銷部門電費獎懲規定實施后，多數用戶均已安裝了無功補償裝置，為了保證功率因數超0．9，用戶存在未生產時仍然投入補償裝置或者自動投切裝置損壞未及時修理等問題。針對這些情況，調度部門通過對功率因數較差的線路進行數據梳理，對相應的用戶無功補償裝置運行情況做定期的抽查，緩解了部分變電站功率因數不達標問題。

圖7 線路割接前后功率因數合格率對比

3 實施效果和結論

通過采取包括優化VQC系統、電容器減容、加強指標管理等多項措施，使得鎮海電網的功率因數合格率得到了顯著的提升（見圖8），由年均71．55%提高到95．15%，特別是2013年下半年基本維持在98%左右。實現了預定的目標。春節期間功率因數合格率較低的原因是為防止關口出現無功倒送，要求春節期間變電站內電容器全部切除所致。

目前鎮海在寧波市各縣（區）功率因數合格率排名已大幅提升，處于第2名的水平。降低了線損，提高了電能質量，改善了電氣設備的運行條件，實現了鎮海電網經濟運行。

[1]張勇軍，林建熙，楊銀國．電力系統無功電壓調控配合研究綜述[J]．電網技術，2012，36（3）∶101－106．

[2]陸安定．功率因數與無功補償[M]．上海：上海科學普及出版社，2004．

[3]董岳昕，楊洪耕．一種適應于地區電網無功電壓優化控制的新方法[J]．電網技術，2010，38（14）∶49－54．

[4]郭慶來，孫宏斌，張伯明，等．自動電壓控制中連續變量與離散變量的協調方法（一）：變電站內協調電壓控制[J]．電力系統自動化，2008，32（8）∶39－42．

[5]陳剛，馬愛軍，張繼紅，等．AVC分散控制模式下的變電站電壓無功控制研究[J]．電網技術，2010，35（12）∶187－192．

[6]唐寅生，丁曉群．智能AVC系統的特征和建設研究[J]．電網技術，2010，34（10）∶10－14．

[7]黃鑌，許婧，程旻，等．220 kV及以下電網感性無功補償容量初探[J]．電網技術，2009，33（19）∶148－151．

[8]胡采娥，楊仁剛．用電力系統分區方法確定無功源最佳配置地點[J]．電力系統及其自動化學報，2004，11（3）∶46－49．

圖8 鎮海電網月度功率因數合格率對比

（本文編輯：楊勇）

Study on Qualification Rate Improvement of Power factor of Zhenhai Power Grid

CAO Songqian，LU Jun，HUANG Zhiyuan
（Zhenhai Operation&Maintenance Station of State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315200，China）

Starting with the present status of Zhenhai power grid，the paper analyzes main factors influencing power factor qualification rate of grid power；in addition，it puts forward a number of technical and management measures such as modifying VQC constant value,perfecting management process，adjusting capacity of compensating capacitor in the substation，strengthening index management，etc．Qualification rate of power factor of Zhenhai grid is greatly enhanced through technological improvement，process management and comprehensive adjustment of grid operation mode．

power factor；power quality；management；operation mode

TM714．3

：B

：1007－1881（2014）07－0016－04

2013-10-29

曹松錢（1988－），男，浙江寧波人，助理工程師，從事電力系統調度工作。