浅析功率因数和节能降损关系

浅析功率因数与节能降损的关系
摘要论述了功率因数与线损、变损的关系，介绍了提高功率因数后计算降损效益和提高功率因数的方法，总结了其他节能降损的措施
关键词功率因数补偿无功功率线损变损
一．引言
功率因数是电力系统的一项重要技术经济指标，其反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。

功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。

这些输变电设备所带的用电设备存在大部分感性负载，除吸收系统的有功功率作功外，还需要电力系统供给大量无功功率。

这些无功功率经过多级送电线路、变压器的输送和转换，又造成无功功率的损失，使电网功率因数下降。

这不但降低了发供电设备的出力，造成电网电压的波动，也增大了电能损耗。

因此，对辽河油田电力集团公司66kV电力系统中，合理配置无功功率补偿设备，提高系统的功率因数，减少66kV电网系统无功消耗，节能降损具有十分重要的意义。

二．66kV电网概况及损耗分析
目前电力集团公司66kV电网系统中，变电所62座，66kV输电线路90条，全长超过1000公里；运行主变压器110台，运行总容量为748MVA。

66kV电力系统网损主要包括66kV输电线路损耗和变压器损耗，其中变压器损耗又分为铜损和铁损。

线路损耗就是电流流过66kV线路电阻所产生的热量损耗，66kV 线路单位电阻是固定的，损耗大小只于电流大小有关，故提高功率因数之后，便可使流过66kV线路电流下降，损耗降低。

变压器的铁损即为变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，垂直于磁力线的平面上就会产生感应电势，这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流称之为“涡流”。

这个“涡流”使变压器的损耗增加。

“涡流”所产生的损耗即为“铁损”。

变压器的铁损与变压器的一次电压有关，与二次负荷无关，就是说，只要变压器一次有电压就一定有铁损产生。

电压一定，铁损就是一定的。

因为66kV电压是稳定的，故变压器所产生的铁损也一定。

绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。

铜损的大小主要取决负荷电流的大小。

所以电力集团公司降低66kV网损主要通过降低66kV输电线路损耗和变压器铜损来实现。

对于电力调度中心来说，负责辽河油田66kV 电力系统功率因数调整，通过调整电容器来降低66kV网损，达到节能减耗的作用。

三．功率因数与线损、变损、变压器需用容量的关系
1.输电线路损耗与功率因数的关系：
由于线路使用的导线存在着电阻，电流通过线路时，线路自身要产生有功功率损耗，其有功功率损耗又与电流平方成正比，线路在输
送一定的有功功率时，线路的电流又与功率因数成正比。

所以，线路
在输送一定的有功功率时，线路自身产生的有功功率损耗与功率因数
的平方成反比，提高功率因数就能降低线路的有功功率损耗，由于输
送一定负载时线路的有功功率损耗可以用下式表示：
输送一定负载时线路的有功功率损耗可以用下式表示为：
)cos /(10103223232ϕU R P R I P --⨯=⨯=∆ （1）
提高功率因数前后线路的有功功率损耗可以分别表示为：
)cos /(101031223232
11ϕU R P R I P --⨯=⨯=∆ （2） )cos /(101032223232
22ϕU R P R I P --⨯=⨯=∆ （3） 式中：P ∆——线路的有功功率损耗，kW
I ——线路输送的电流，A
1P ∆、2P ∆——提高功率因数前后线路有功功率损耗，kW
1cos ϕ、2cos ϕ——线路增加无功补偿前后功率因数
P ——线路输送的有功功率，kW
R ——线路的电阻，Ω
U ——线路的额定电压，kV
输电线路功率因数提高后线损减少百分数为：
()[]()[]
%100cos /cos 1%100/221121⨯-=⨯-=ϕϕηt t t P P P (4) 2.变压器损耗与功率因数的关系：
变压器在运行中，输出一定的有功功率时，其铜损耗与变压器所带负荷视在功率的平方成正比，而视在功率又与变压器的功率因数成反比，即可表示为：
ϕcos /P S = （5）
提高功率因数前后变压器的铜损耗可表示为：
()[]k e k e t P S P P S S P 21211cos /)/(ϕ== （6）
()[]k e k e t P S P P S S P 22222cos /)/(ϕ== （7）
式中：S --变压器输出视在功率，kVA
1S 、2S --提高功率因数前后变压器的视在功率，kVA
P --变压器输出的一定有功功率，kW
k P --变压器铭牌额定铜损耗，kW
1t P 、2t P --变压器在提高功率因数前后的铜损耗，kW
e S --变压器的额定容量，kVA
1cos ϕ、2cos ϕ--功率因数提高前后值
所以，提高功率因数后的变压器实际的铜损耗下降百分数可以表示为：
()[]()[]
%100cos /cos 1%100/221121⨯-=⨯-=ϕϕηt t t P P P （8） 3.变压器需用容量与功率因数的关系
由于变压器在输出一定有功功率时，其需用容量(视在功率)与变压器的功率因数成反比，所以当变压器输出一定有功功率时，功率因数提高就能减少变压器的需用容量，从而提高变压器的供电能力。

根据式(5)可知提高功率因数后减少变压器的使用容量ΔS 可表示为： ()[]()[]211211221cos /cos 1)cos /(cos cos cos ϕϕϕϕϕϕ-=-=-=∆S P S S S （9）
另外，提高功率因数还能提高线路或设备输送有功功率的能力，从而可减小发供电设备的装机容量和投资；并能提高线路电压，改善电能质量。

对油田电网来说，由于供电部门对用户实行按功率因数调整电费的办法，当功率因数高于其规定标准的，电业部门给予奖励，减收电费；低于规定标准的予以罚款，加收电费。

所以提高功率因数可减少电力集团公司电费开支，降低产品成本。

四．提高功率因数的方法
根据电力集团公司实际情况提高功率因数的方法可分为提高自然功率因数和采取无功补尝两种方法。

1.提高自然功率因数的方法：
1). 合理配置变压器，恰当地选择其容量。

结合本公司实际情况，由于夏季负荷降低，对曙三变、兴六变、兴七变、兴九变、盘东变、冷一变、冷二变、茨一变、茨二变主变进行夏季减容运行。

2). 避免电机或设备空载运行。

3). 均衡用电负荷，提高用电负荷率。

4). 通过线路改造，改善输配电线路布局，避免迂回曲折供电。

2.补尝无功功率提高功率因数的方法：分为串联补偿和并联补偿
Ⅰ、串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，以改善输电线路参数，降低电压损失，提高其输送能力，降低线路损耗。

这种方法一般应用于高压远距离输电线路上，此方法不适合本公司使用。

Ⅱ、并联补偿是把电容器直接与被补偿设备如变电所低压母线并接到同一电路上，以提高功率因数。

这种补偿方法所用的电容器称作并联电容器。

目前本公司都是采用这种补偿方法。

结合本公司实际情况，采取以下措施进行无功补偿：
1). 根据需要合理配置无功补偿设备，其容量可按主变压器容量的10%-30%确定。

2).协调热电厂增加发电机组无功出力，
3).对日负荷变化大的变电所配置无功自动补偿装置，如兴一变、海南变、渤海变、欢四变。

今后对其它变电所陆续安装无功自动补偿装置。

4).根据变电所所带负荷变化情况，电调中心配置专职人员进行变电所功率因数监控、计算，合理投切电容器。

5).对无功需要微调的变电所，电调中心及时联系检试工区对电容器进行增减容操作。

五．其他降损技术措施
1.搞好输、变、配电设备维护管理，防止泄漏电。

主要是清扫绝缘子，更换不合格的绝缘子，修剪树枝，经常测量接头电阻等。

2.合理安排设备检修，提高检修质量。

电力网正常运行一般应考虑既安全又经济，当设备检修时，正常运行方式受到破坏，在某此情况下还会影响安全运行和经济运行，使线损增加。

因此，设备检修要做到有计划性，要提高检修质量，减少临时检修，缩短检修时间，尽可能做到发、供、用电设备同时检修，推广带电检修等。

3.随着科学技术水平的提高，要积极推广应用新技术、新设备、新材料、新工艺，依靠科技进步，降低电能损耗。

同时利用现代化管理手段，搞好负荷预测和监控，提高负荷率，降低电能损耗。