多功能电能表四象限无功计量方式及功率因数的计算

多功能电能表四象限无功计量方式及功率因数的计算多功能电能表四象限无功计量方式及功率因数的计算尹仕红摘要:本文阐述了多功能电能表的含义及无功电能表计量理论,介绍了感应式无功电能表的无功电能计量方法,并通过对四象限无功的含义及应用的介绍指出多功能电能表的四象限无功计量能真实地反映无功电能状态,保证无功计量的合理性和平均功率因数的真实性,以便在实际工作中正确的使用.关键词:多功能电能表;无功电能;计量1引言电能作为一种商品已经全面走向市场化.商业化运营对电能计量的准确性和可靠性提出了更高的要求.随着电能表技术的发展,目前已经有大量的多功能电能表应用于电力计量,根据电力行业标准DL/T614—1997对多功能电能表的定义:"凡是由测量单元和数据处理单元等组成,除计量有功(无功)电能外,还具有分时,测量需量等两种以上功能,并能显示,储存和输出数据的电能表"都可称为多功能电能表.定义中明确四点:①由测量单元和数据处理单元组成;②能计量电能(有功或无功,或同时计量有功与无功);③能计量需量,能分时,显示,储存和输出数据;④具有两种以上功能.因为允许有两种以上功能,所以市场上的多功能表千差万别,但似乎随着多功能表用量的增加,随着用户对多功能表的了解越来越深,而功能越来越多必是多功能电能表的发展趋势,目前我局使用的多功能电能表均为全电子式多功能电能表,具有四象限无功计量功能,为了将四象限无功计量应用于生产实际,真正体现无功考核的意义,本文分析了各种用电情况下的无功计量,具体说明在各种情况下应采用的无功计量算法.(:os忙赢3传统的无功计量方式传统的无功计量采用机械感应式无功表电能表进行无功电能计量,由于感应式无功表只能够计量单方向的无功潮流,一一般感应式无功设计有三种计度方式:(1)单向计度,带止逆,只计量正向无功电量;(2)双向计度,不止逆,正反向无功电量累加或分别计度;(3)单向计度,不止逆,正向电量减反向电量.当在用电用户使用传统感应式无功表时,问题不犬,但在发电用户,由于用户既发电,在停机时也用电,有下面四种情况存在:①用户发电,同时向系统发送无功;⑦用户发电,同时向系统吸无功;③用户用电,同时向系统吸无功;④用户用电,同时向系统送无功.使用感应无功表将无法区分上述四种无功计量,不能体现功率因数的真正含义,无法考核用户功率因数情况.2无功电能的计量原理4四象限无功的定义电力系统中,不仅要正确记录有功电能,还要记录无功电能,由此来求得某一段时间内用户的平均功率因数.当负载功率因数越低时,输电线路电流会增大,传输导线,变压器和发电机都将增加附加的电能损失:由于电流的加大将造成输电导线和电气设备导线截面积加大,增加电力设备的总投资;而且线路电压损失增大而导致发电机,变压器和其他电器设备运行电压的提高.所以,提高负载功率因数,正确计量无功电能有重要的意义.电力系统中,一定容量的同步发电机发出的视在功率S为r———一—下一个常数且s=V+O'.显然,若无功功率增大,势必相应减少有功功率P的发送容量,而且,经过远距离的输电线路传输大量的无功功率,必将引起较大的有功,无功损耗和电压损耗.当无功功率不足时,电网电压将下降,当无功功率过多时,电网电压将上升,电压水平的高低会影响电网的供电质量,也会影响各类用电设备的安全经济运行.由此看来,无功电能的计量对电力生产,输送,消耗过程中的管理是必要的.同时,通过对用户消耗的有功电能w和无功电能Q的测量,可考核负载的平均功率因数.即:不同国家对四象限无功的定义不一样.根据电力部行,标准DL/T645—1997,多功能电能表通信规约对电能测量四象限的定义如(图1).10U'图1电能量四象限测量示意图首先把测量平面用竖轴和横轴划分为四个象限.右上角为I象限,右下角为Ⅱ象限,依此按顺时针方向为Ⅲ,Ⅳ象限.竖轴向上表示输入有功(+P),竖轴向下表示输出有功(一P),横轴向有表示输入无功(+Q),横轴向左表示输出无功(一Q).电压相量用U表示,固定在竖轴上.电流相量用I表示,其位置表示当前电能的输送方向.如(图1)中,I位于第1象限,U与I相位角为(顺时针为正),表示输入有功(+P)和输入无技功(+Q).我们假设电能表安装在用户侧,所谓"输入","输出"是相对于电网的用户边而言的.对于有功输入,输出的概念很清楚.输入有功功率的含义就是电网向用户送电,这是一种用电用户.输出有功功率就是用户向电网送电,这是一种发电用户.无功概念比较复杂:对于用电用户来讲,用户是负载,分为感性负载和容性负载两种,根据IEC标准,1972年13A出版物推荐,当负荷是"感性负荷"时,无功功率为正.容性负荷无功为负.在四象限无功(图1)上,上半图(I,Ⅳ象限)表示了这些情况;对于发电用户来讲,用户是一台发电机,吸收正无功相当于欠励磁,输出无功(一Q)相当于过励磁.四象限无功含义是:I象限输入有功功率P,输入无功功率Q,用户为阻感性负荷;Ⅱ象限输出有功功率P,输入无功功率Q,用户负荷相当于一台欠励磁发电机;Ⅲ象限输出有功功率P,输出无功功率Q,用户负荷相当于一台过励磁发电机;Ⅳ象限输入有功功率,输出无功功率,用户为阻容性负荷.5四象限无功计量应用无功计量的目的是考核力率,提高功率因数,降低线路损耗.对用电户我们希望用户就地进行无功补偿,不希望用户吸无功,也不希望用户反送无功;对发电用户,在发电时希望发送无功,在停机用电时,就地补偿.假定一个用户既用电又发电,一个双方向用户,安装了一台能计量正,反相有功和四象限无功的电子式多功能电能表.又假定该用户在用电时,使用自动无功补偿装置对无功进行补偿;在发电时对同步电机的励磁系统进行自动调节,调整无功输出.其运行情况如(图2).}』尸f厂,,—,l,—I/nU?】——一,'T/hP一1(),n.\图2四象限无功应用示意图在直角坐标系上,纵轴向上,代表正相有功和正相无功,横轴表示时间.在0到T2这段时问,用户用电,有功为正,用P+表示,在L到T7这段时间里用户发电,有功为负,用P_表示.根据四象限无功的定义,有功为正,无功也为正时,为第1象限无功,如果把第一象限无功用QI表示,即Q=Q+Q3;第二象限无功如果QⅡ表示,QⅡ应该等于有功为负时,正无功总和,即QⅡ=Q+Q第三象限无功如果Qm表示,按定义Q等于有功为负时,负无功的总和,QⅢ=Q第四象限无功用QⅣ表示,按定义Q等有功为正时,负功总和,Qiv=Q2+Q4如果安装使用四象限电子式多功能电能表,所以上述六个数据P+,p-,QI,QⅡ,QⅢ,QⅣ都能从该电能表中读出.计量无功主要目的之一是计算功率因数.功率因数..小可由下式求得:cos(b:——J_:~~/Q2+p2式中:有功功率:Q——无功功率.对于用电用户供电公司要考核其功率因数指数并于收费挂钩.如执行功率因数高于0.95奖励,低于0.95罚款的政策.对于(图2)所示用户用电部分可有3种计算功率因数的方法:第一种方式COs:———:——一V(Q+fQⅣf)+(P)第--~ee方式cos,=—',/(Q)+(P+)第三种方式cos(b———J啊———一,/(Q一IQn,1)+(P+)第一种方式,相当于感性无功等于感性加容性无功的显示模式.为了降低力率,感性无功和容性无功都不能大,所以需使用自动无功补偿装置.这种计算方法与提高利率的目的是相吻合的.第二种方式,相当于止逆无功表,只记正向无功.因为一般用户负载都是感性的,如果不加电容器进行无功补偿,没有容性无功,利用这个公式计算的结果与第～种情况一样.但是就怕有些用户,用手动方法进行无功补偿电容器的投切,白天投上去, 晚上不拉开,晚上负载很轻,出现倒送无功.这种情况下,计算出的功率因数大,接近于1,按照cos的方法应该受到奖励.但如果按cos(b的办法计算,该用户晚上倒送无功也加上,功率因数会变小,可能会受罚.因为不管吸收无功,还是倒送无功都会增加线损,增高电压,对电网不利.所以第一种算法好些,反映了功率因数的本质.第三种方式,相当于不止逆无功表,倒送无功,电表反转,计算出的功率因数更小,更达不到考核功率因数的目的.对于发电用户供电单位也要考核其功率因数指标,也与收费挂钩.但是与用电用户相反功率因数越接近1,不是奖而是罚.也就是说供电单位要求发电厂必须发无功.对于(图2)所示用户,在T4—1_7这段时问属于发电运行,计算这段时间的功率因数也有三种方法:第四种方式COS=—:,/(Q+lQm『)+(P一)第五种方式cos=———一V(Q)'+(P一)一第六种方式cos6-—:—————一,/(Q一IQI)+(P一)'第四种方式,相当于发电时发送的无功和不发无功并吸无功均累加,达不到要求发电厂多发无功的目的.第五种方式,相当于止逆无功表,只记发电时的发无功无功,可以计量发电时发电厂向系统发送的无功,但无法计量发电时发电厂吸收系统的无功.第六种方式,相当于不止逆无功表,倒送无功,电表反转,发电时如发电厂吸收系统无功,将与发送的无功抵消,这样一来发圆撞对35kV变电运行的问题进行分析胡力芳摘要:在电力系统运行中,变电运行是电网运行管理,倒闸操作和事故处理的执行机构.本文主要对35kV变电运行模式,安全管理以及运行中存在的问题进行了分析.关键词:电力工程;变电运行;管理刖舌变电运行是一个综合性很强的行业,在这个行业中有技术性很强,很复杂的东西,也有技术性很弱,很琐碎的事情.要把变电运行工作做好,不管技术性强的,还是很弱,很琐碎的事情都不能马虎.因为每个方面都是我们安全运行的保障.往往是一些细小的东西没有做好,便潜伏了隐患,最终酿成事故近年来国民经济发展迅猛,电能供需矛盾日趋突出,变电所数量增长迅速,变电运行人员日趋紧张,为解决运行人员不足的矛盾,该文主要分析探讨了35kV变电运行中的一些问题.1运行模式无人值班变电所是变电所一种先进的运行管理模式,以提高变电所设备可靠性和基础自动化为前提,借助微机远动技术,由远方值班员取代变电所现场值班员,实施对变电所设备运行的有效控制和管理目前随着高科技的发展,无人值班变电所已成为趋势.但要真正做到安全运行,无人值班管理已成为关键问题.1.1正确理解"无人值班变电所"(1)无人值班变电所是一种先进的运行管理模式.并不是不需要任何技术措施的无人管理,相反而是更需要充实训练有素的高素质人员,利用先进的设备,互相协调共同搞好管理工作,以达到减人增效的目的.(2)就现实来说,有些改造后的变电所,从安全角度看,一些具体操作必须有人员到现场,再说有些设备隐患并不能通过自动化系统完全显示出来,为此必须配备人员在场.我公司对无人值班变电所配备两名人员,隶属供电所.1.2明确运行管理的职责分工责任不明确就易形成无人负责的局面,我们真正做到了职电厂发电时不能吸收无功,必须发送无功,与要求发电厂发电时多发无功的要求相吻合.分析四,五,六三种情况后认为,按cos~b考核发电用户比较合理.对于(图2)的用户,在0～这段时间里又用电又发电,怎样考核其功率因数更合理呢?根据上面的分析我tl'3~n道,作为用电用户是我们要求其功率因数大些,作为发电用户我们要求其功率因数小些,互相矛盾,因此一定要把用电,发电分开.双方向四象限电子式多功能电能表能把用电有功数据和发电有功数据分开.P是用电数据.P一是发电数据.双方向四象限电子式多功能电能表也能把该用户用电时的无功和发电时的无功分开.Q和QⅣ是用电时的无功.如果令cos(1)1月自表示用电时功率因数,cos~b 』自表示该用户发电时功率因数,那么利用cos(b』月奖罚该用户用电时的完成功率因数的情况,用cos6I&奖罚发电功率因数完成情况.l—Pcos巾.1一__Ⅱ丽现在我们再说明一下,如果双方向电能表不是计量四象限无功,而是计量正向无功和反无功,就没有办法把该用户的用电功率因数与发电功率因数分开.例如令Q+为正向无功,Q为反向无功,参照(图2).Q:QI+QⅡ筮国翻2031年6月Q=QⅢ+QⅣQ包括用电时吸收的无功,也包括发电时吸收所的无功,Q'包括用电时送出的无功,也包括发电时送出的无功.没办法求LHcos~b1月和cos~bI&来.只能求出总的平均功率数c0s: ..:——:..—,/(Q+lQI)+(P+1P—I)显然,这种公式无法评估功率因数的优劣.6结束语综上所述,在既发电又用电的发电厂用户中必须安装使用四象限无功计量的多功能电能表,只有这样一来区分发电用电时吸收和送出的无功,才能真正体现功率数考核的目的,保证无功计量的合理性和平均功率因数的真实性以便在实际工作中正确的使用,一般情况下用电户的功率因数考核应采用上述第一种方式进行计算,发电用户的功率因数考核应使用第人种方式进行计算.参考文献…1陈向群.电能计量技能考核培训教材[M].北京:中国电力出版社,2002. [21李建国.无功电能的计量方式及分析『J1_科园月刊,2008,4(1):131～l32.[3]吴疑.遗传算法在电力系统无功优化中的应用[J】.2002,6,6-7.(作者单位:深圳供电局计量部)。