用电企业轻负载功率因数降低原因及对策分析

摘要：文章对用电企业配电网轻负载时功率因数降低的原因进行了分析，发现功率因数降低是由于企业配电网轻负载时系统无功功率过剩造成的，并给出了一些改进措施以供参考。

关键词：用电企业；轻负载；功率因数；无功功率；配电网 文献标识码：A

中图分类号：TM714 文章编号：1009-2374（2015）17-0151-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.076

近年来，随着用电企业配电网规模的不断扩大，一些企业出现了配电网轻负载时功率因数降低的现象，有些企业功率因数甚至低于电业局的考核标准，遭到了电业局的处罚，给企业造成了不小损失。然而，电力系统无功功率过剩，可能会导致配电网系统运行电压水平较高，再加上上级电网负载较轻时供电电压水平本身偏高，双重因素叠加对设备的各项性能产生不利影响，甚至还可能击穿企业配电网绝缘薄弱点，造成电网波动、设备停电、设备使用寿命缩短或损坏，影响电网的安全性及可靠性。因此，为减少企业经济损失及提高企业配电网设备的安全性与可靠性，应当分析配电网无功功率过剩的具体原因并探索解决措施。

1 无功剩余原因分析

1.1 采用大量电缆

电缆线路有占地面积小、供电较可靠、触电几率小、运行维护方便、美化企业等优点，很多企业配电网都采用了大量电缆线路。很多用电企业在运行中发现，配电网中并未投入任何容性无功功率补偿装置，也无任何大功率容性负载，但是系统中无功功率依然过剩，造成系统功率因数偏低。在这种情况下，有些企业运行人员不对功率因数降低原因加以仔细探究，不对此时系统负荷性质进行详细分析，盲目采取投入容性无功功率补偿装置的措施，进一步降低了系统功率因数，同时增加了配电网运行风险。这种现象可能是由于用电企业配电网中采用了大量的电缆线路造成的，这些电缆总长度少则几十公里、多则几百公里，而且电缆线路对地电容及相间电容比较大，充当了系统的无功功率电源，当轻负载时，系统无功负荷减少，不能完全消耗电缆线路等效电容发出的无功功率造成无功功率过剩，最后向电业局反送无功功率，降低了企业配电网的功率因数。

1.2 无功补偿装置未及时切除

当配电网感性负载较重时，企业配电网可能已经投入了容性无功功率补偿装置，如并联电容器，但是当感性负载减轻时，并未及时退出容性无功功率补偿装置，如果此时形成了过度补偿，也会导致系统无功电源过剩，导致系统功率因数降低。过度补偿还可能造成电压升高，由于电容无功功率输出容量随电压的升高而增大，会进一步加深过度补偿程度，最终可能造成用户设备损坏、不能正常运行或影响设备使用寿命。

1.3 变频器运行模式

近年来随着变频技术的不断发展，变频技术被广泛用于机床、电梯、空调、风机、泵类等负载。较之传统的交流拖动系统，通过变频器进行交流电动机速度调节有一系列优点，比如节能，实现对现有电动机的速度调节非常方便，能够在大范围内进行高效平滑速度调节，电动机的正反转控制更易实现，能够较高频率地对电动机进行启停运转，能够实现电气制动，电动机高速驱动也能实现，能够在多种工作环境下进行工作，能够使用一台变频器对多台电动机进行速度调整。有些企业为了节能，未进行充分调查研究，使用了大量的变频器，但是对变频器的工作模式却不甚了解，选用了不匹配的变频器，给系统造成了不良后果。图1是变频器的一般原理图，从图中可以看出，变频器直流中间电路主要元件为大容量的电解电容，如果使用不当，极有可能让该电容向系统反送无功功率，造成系统无功功率过剩，最终致使系统功率因数降低。

2 对策探讨

第一，当配电网感性负载较轻时，可以考虑不退出空载或轻载的吸收感性无功功率的设备，如变压器、异步电机等。甚至可以考虑将负荷较重的设备，由备用设备分担，以消化系统多余无功功率，当然也要加强系统无功功率剩余量的监视，不要造成系统无功功率不足，无功功率不足会导致系统运行电压水平降低，增加线路损耗，影响系统稳定性及经济性。因此，增加投入消耗无功功率设备时，应加强剩余无功功率的监视，当系统功率因数为感性且符合电业局考核标准时，应停止投入。在确保供电可靠性的情况下，配电网轻负载时，可以将某些备用电缆线路停用，减少系统无功功率电源。

第二，变频器企业可以考虑在变频器内设置无功功率自动调节装置，当变频器向系统反送无功功率时，就地自动进行补偿。企业用户在考虑使用变频器时，应当进行充分的调查研究，不是所有电机类设备都有必要使用变频器，使用不当不仅不能节能，而且可能影响设备的运行性能，产生高次谐波引起电压波形畸变，对通信系统产生干扰，引起电动机振动和发热。如果确有必要使用变频器时要与厂家进行充分沟通，如果变频器用量较大，可以考虑要求变频器厂家根据本企业实际情况设计专用变频器，不管采用何种变频器，企业用户应当了解变频器各种工作模式，加强对运行维护人员的培训，确保配电网负载较轻时，不向系统反送无功功率。

第三，用电企业可在无功功率反送严重的节点配备无功功率自动调节装置，轻负载时对系统多余的无功功率进行补偿。对电缆线路特别多的企业，可以在企业主变电站集中分组配置并联电抗器等补偿设备。采用并联电抗器进行补偿，一般通过度补偿度来确定补偿容量，补偿度一般取40%～80%。补偿度KB=QL/QC（QL为并联电抗器容量，QC电缆充电功率）。在变电站投运初期负载较少，是并联电抗器需要量最大的时期，决定了变电站应安装并联电抗器的总容量。静止无功补偿器（SVC）是一种可以控制无功功率的补偿装置，可进行连续感性和容性无功功率调节，可以根据系统实时无功功率变化情况进行补偿，但是成本较高。对于无功负荷变化较快的企业，如果需要频繁投切补偿装置，通过经济技术比较，也可以考虑采用静止无功补偿器或静止无功发

生器。

第四，电缆线路的等效电容随着电缆横切面积的增大而增大。因此，企业在选用配电电缆的时候，应当根据实际情况采用满足需要的电缆。有些企业为了留有足够的备用容量，电缆横切面积往往选得比较大，超出实际需求较多，不仅增加了企业成本支出，浪费了金属资源，而且对系统无功平衡也造成了影响。

3 结语

企业配电网的无功功率平衡问题，要从规划设计开始就要进行充分准确的调查研究。企业选用无功功率补偿装置时，应考虑包括后期可预见扩建工程在内的电缆配电线路的自身电容以及系统中的其他容性负荷，并结合以往运行经验，配置合理的无功功率补偿容量，对于大量采用电缆线路及变频器的用电企业，应考虑配备适当容量的感性无功功率补偿设备。用电企业规划设计变电站时，不仅要考虑系统配备足够的无功功率备用容量，同时也要根据企业运行情况，防止配电网多余无功功率反送至电业局，给企业造成不必要的经济损失和带来一些安全隐患。新建工程中，应当充分注意保留无功功率补偿设备的扩展空间，特别是吸收多余无功功率的设备，以免后期运行中发现问题时，难以进行扩展造成不便及经济损失。企业选用配电电缆时，应当对实际需求进行充分调查分析，尽量根据实际需要进行选择，不要盲目选择大横切面积电缆，给后期系统无功功率平衡造成不便。企业配电网选用其他新产品、新设备时，特别是大规模投入某种设备时，应对其各种参数进行仔细分析，必要时进行相关测试，确保新产品新设备产生或消耗的无功功率在配电系统的可控可调范围内。

参考文献

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作者简介：张宗寿（1970-），男，四川成都人，四川省机场集团有限公司电气工程师，研究方向：电气。

（责任编辑：蒋建华）