摘要：線路處于輕載甚至空載運(yùn)行狀態(tài)， 功率因數(shù)偏低，進(jìn)而影響相當(dāng)部分用電戶的電費(fèi)。本文通過等效電路進(jìn)行計算分析，提出提高輕載條件下線路功率因數(shù)的3條途徑，在理論上突破并聯(lián)補(bǔ)償電容的慣常思路。在考慮工程實施可行性、便利性后，建議應(yīng)用并聯(lián)補(bǔ)償電容或引入調(diào)節(jié)電阻的做法。

關(guān)鍵詞：功率因數(shù);電費(fèi);輕載;補(bǔ)償電容;調(diào)節(jié)電阻

1 引言

每年的春節(jié)假期前后，眾多的用電戶面臨一段較長時間的假期。期間線路特別是專用變壓器，處于輕載甚至空載運(yùn)行狀態(tài)。部分專變用電戶雖然用電較少，但是可能電費(fèi)減少不多，甚至比正常生產(chǎn)期間還多，造成了專變用電戶的困擾。此問題的原因很可能與輕載條件下線路功率因數(shù)偏低有關(guān)。

解決輕載條件下線路功率因數(shù)偏低問題慣常的做法是并聯(lián)補(bǔ)償電容進(jìn)行無功補(bǔ)償。

無功補(bǔ)償對用電戶而言有著提高功率因數(shù)、增加線路傳輸容量、降低線損、穩(wěn)定電壓等直接作用，是成熟有效的解決途徑，但這不是唯一的解決方案。

2功率因數(shù)與電費(fèi)

專用變壓器的損耗包括有功損耗和無功損耗。在輕載甚至接近空載情況下，即負(fù)載的有功功率對無功功率小到可以忽略時，功率因數(shù)就只有0.3左右了。

一般情況下，大部分地區(qū)大工業(yè)專變用電戶的電費(fèi)的構(gòu)成為：總電費(fèi)=基本電費(fèi)+電度電費(fèi)+功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)+附加電費(fèi)。

基本電費(fèi)分為按變壓器容量或按最大需量兩種計算方式。在筆者所在的地區(qū)為23 元/kVA·月或32 元/kW·月，與用電戶實際用電量無關(guān)，可以由用電戶自行選擇。

電度電費(fèi)=Σ時段電度電價×?xí)r段電度數(shù)，與用戶用電設(shè)備容量或合同最大需量無關(guān)。大工業(yè)專變用電戶的電度電價分峰平谷時段的電度電價。在筆者所在的地區(qū)峰、平、谷三個時段的電度電價分別為100.39分、60.84分、30.42分。

附加電費(fèi)為政府規(guī)定的由供電部門征收的費(fèi)用。在筆者所在的地區(qū)附加電費(fèi)為可再生能源附加、重大水利工程建設(shè)基金、水庫移民后期扶持基金。

功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的部分是由于用電戶實際功率因數(shù)對比功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值引起的電費(fèi)，執(zhí)行水電財字[83]215號文中的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，如文中的表1所示。功率因數(shù)越低，線路及設(shè)備的利用率越低，線路功率損耗越大，供電質(zhì)量也越差。

按表1，如果功率因數(shù)為0.3，那么當(dāng)月功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)=（基本電費(fèi)+電度電費(fèi)）×85%。以500kVA的大工業(yè)用電戶為例，這筆增加的月功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)將會達(dá)到10 000元以上，從而造成了專變用電戶的困擾。所以解決輕載條件下的線路功率因數(shù)偏低問題具有普遍的實際意義。

3 等效電路分析

等效電路是將一個復(fù)雜的電路，通過電阻等效、電容等效，電源等效等方法，化簡成具有與原電路功能相同的簡單電路。等效電路是易于理解的一種電路分析手段。

3.1并聯(lián)補(bǔ)償電容

典型的用戶用電系統(tǒng)等效電路如圖1所示。變電所電源經(jīng)線路電抗x1后將電能送到用戶的變壓器高壓側(cè)，變壓器低壓側(cè)接有負(fù)載ZL=rL+jωLL。增加并聯(lián)補(bǔ)償電容C后，變壓器低壓側(cè)功率因數(shù)為

在工程實踐中，并聯(lián)補(bǔ)償電容主要包括以下常用措施[3]：

（1）通過合理設(shè)計每步投切的電容容量，避免每步投切容量過大。

（2）優(yōu)化功率因數(shù)控制器的功能設(shè)計，適應(yīng)用戶的用電特點?，F(xiàn)在功率因數(shù)控制器已能實現(xiàn)三相不對稱控制、控制策略多樣性等，而且向著更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展[4]。

（3）優(yōu)選電容器投切執(zhí)行裝置，如晶閘管型、復(fù)合開關(guān)型等。

復(fù)合開關(guān)選用晶閘管開關(guān)和磁保持開關(guān)并聯(lián)運(yùn)行，其在接通和斷開的瞬間通過可控硅過零投切，在正常接通期間通過磁保持開關(guān)工作，實現(xiàn)了電壓過零投入和電流過零切除。復(fù)合開關(guān)具有無沖擊、低功耗、高壽命等顯著優(yōu)點。

（4）就地補(bǔ)償。

就地補(bǔ)償通常將低壓電容器組與用電設(shè)備并聯(lián)連接，通過控制、保護(hù)裝置與用電設(shè)備同時投切。就地補(bǔ)償用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗時，以補(bǔ)勵磁無功為主，此種方式可較好地限制無功負(fù)荷，可減小配電線路的導(dǎo)線截面和配電變壓器的容量;可減少中壓網(wǎng)絡(luò)、配電變壓器、低壓配電線路的功率損耗;降低能耗效果好;可降低電動機(jī)的啟動電流。

3.2 調(diào)節(jié)電阻

上述的計算是在rL和LL一定的情況下，得出的結(jié)果。如果原來負(fù)載中LL不變，但rL分為固定電阻負(fù)載和調(diào)節(jié)電阻，即rL=+，同時投入固定容量的補(bǔ)償電容C，令，那么cosφLC=1。此時調(diào)節(jié)電阻

在實踐中，當(dāng)變壓器輕載或完全切斷負(fù)載時，在變壓器二次側(cè)并上功率很小的大阻值電阻，電阻的功率為變壓器額定功率的千分之一數(shù)量級即可。

3.3可調(diào)電感的討論

應(yīng)用上面調(diào)節(jié)電阻的推導(dǎo)思路，假設(shè)原來負(fù)載中rL不變，投入固定容量的補(bǔ)償電容C，分為固定電感負(fù)載、調(diào)節(jié)電感，同時增加了調(diào)節(jié)電感伴生的調(diào)節(jié)電阻，那么當(dāng)然也可以進(jìn)行計算，但實施起來不如調(diào)節(jié)電阻方便，所以本文暫不作深入討論。

4 結(jié)論

綜合上述等效電路分析，提高輕載條件下線路功率因數(shù)的途徑理論上有3條，但建議采取并聯(lián)補(bǔ)償電容的常規(guī)做法或采取引入調(diào)節(jié)電阻的做法。

參考文獻(xiàn)

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[2] 程漢湘.無功補(bǔ)償理論及其應(yīng)用 [M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3] 黃斌，呂飛鵬. 用戶低負(fù)荷狀況下無功補(bǔ)償問題探討 [J] .四川電力技術(shù)，2012，35（6）：11-13

[4] 李勇，程漢湘，方偉明，等. 無功補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述 [J] .廣東電力，2016， 29（6）：91

作者簡介：麥永升（1979-），男，工程師，主要從事電氣設(shè)備安裝、維護(hù)和工程管理。