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        高壓電纜對(duì)電能計(jì)量的影響分析及應(yīng)對(duì)策略

        2023-09-29 01:28:40靳紹平蔡艷霞溫洪波
        江西電力 2023年4期
        關(guān)鍵詞:容性電抗器投運(yùn)

        靳紹平,李 俊,蔡艷霞 ,袁 昕 ,溫洪波

        (1.江西軟件職業(yè)技術(shù)大學(xué),江西南昌 330041;2.國網(wǎng)江西省電力有限公司供電服務(wù)管理中心,江西南昌 330032)

        0 引言

        電能不能大量儲(chǔ)存,發(fā)電、輸電、變配電、用電同時(shí)進(jìn)行,用戶用電功率因數(shù)的高低,對(duì)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用,節(jié)約電能和改善電能質(zhì)量有著重要的影響。用戶的功率因數(shù)保持均衡對(duì)保證供用電雙方利益和提高社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。依據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》第四十一條無功電力應(yīng)就地平衡的規(guī)定,100 kVA及以上高壓供電用戶的功率因數(shù)應(yīng)在0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè),功率因數(shù)應(yīng)在0.85以上。按照《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》計(jì)算電費(fèi)時(shí),根據(jù)計(jì)算的功率因數(shù),高于或低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),在按照規(guī)定的電價(jià)計(jì)算出其當(dāng)月電費(fèi)后,再按照“功率因數(shù)調(diào)整表”的規(guī)定增減電費(fèi)[1-3]。

        據(jù)悉,某110 kV電力用戶(以下簡稱用戶)電力線路改造后,在功率因數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置正常投運(yùn)狀態(tài)下,其電費(fèi)因功率因數(shù)過低導(dǎo)致功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)平均每月增加20余萬元。對(duì)于這種情況,專業(yè)人員對(duì)關(guān)口點(diǎn)和用戶側(cè)進(jìn)行調(diào)研、數(shù)據(jù)收集?,F(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示:供電公司側(cè)功率因數(shù)過低,而用戶側(cè)功率因數(shù)合格。線路兩側(cè)電能計(jì)量裝置得到的功率因數(shù)差異大,按用戶側(cè)電能計(jì)量裝置結(jié)算電費(fèi),不僅不用多交電費(fèi),而且可以得到電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)。

        對(duì)線路兩側(cè)功率因數(shù)出現(xiàn)較大差異情況作進(jìn)一步分析研究,發(fā)現(xiàn)電力線路改造后線路中的一段改造成高壓電纜,而高壓電纜與普通架空線相比其單位長度電容量增加近一個(gè)量級(jí),是造成線路兩側(cè)功率因數(shù)出現(xiàn)差異的主要原因[5-6]。

        1 計(jì)算分析驗(yàn)證

        供電公司變電站側(cè)關(guān)口點(diǎn)電參數(shù)向量圖如圖1(a)所示;用戶側(cè)電參數(shù)向量圖如圖1(b)所示。

        圖1 用戶側(cè)一次主接線圖

        通過比較關(guān)口點(diǎn)與用戶側(cè)電參數(shù)向量圖,可以看出,二者的相位角相差了46°。

        用戶變電站一次主接線圖如圖2所示。

        圖2 用戶側(cè)一次主接線圖

        關(guān)口點(diǎn)功率因數(shù)過低,而用戶側(cè)功率因數(shù)是合格的,那么造成功率因數(shù)差別的主要原因應(yīng)該在關(guān)口點(diǎn)到用戶的110 kV線路上了。

        1.1 線路容性無功計(jì)算

        供電公司變電站與用戶變電站的110 kV 電力線由7.3 km 架空線和3.0 km 電纜線構(gòu)成,其構(gòu)成示意圖如圖3所示。

        圖3 110 kV電力線構(gòu)成示意圖

        線路電纜線和架空線的相關(guān)參數(shù)信息如表1所示。

        表1 線路參數(shù)信息

        線路電壓等級(jí)為110 kV,考慮到實(shí)際線路起始端電壓比線路電壓高10%,因此計(jì)算線路的平均電為,得到線路對(duì)地總電容為:Cline=(0.417×10-6+0.077×10-6)F=0.494×10-6F。

        計(jì)算線路的無功如下:

        1)架空線路無功

        對(duì)地電流:Icjk=UωCjk=1.6131A

        無功功率:Qcjk=UIcjk=107.57 kvar

        2)電纜線路無功

        對(duì)地電流:Icjk=UωCjk=18.735 9 A

        無功功率:Qcjk=UIcjk=582.54 kvar

        3)線路總無功

        對(duì)地電流:Ic=Idl+Idl=10.349 A

        單相無功:Qc=Qcdl+Qcjk=690.11kvar

        三相總無功:Q3c=3Q3c=207 0.3kvar=2.07 Mvar

        1.2 線路無功計(jì)算驗(yàn)證

        假如用戶變電站主變高壓側(cè)斷路器斷開,此時(shí)供電公司變電站側(cè)計(jì)量點(diǎn)負(fù)荷為線路阻抗,線路運(yùn)行示意圖如圖4所示。

        圖4 線路運(yùn)行示意圖

        當(dāng)用戶側(cè)變電站主變高壓側(cè)斷路器斷開時(shí),兩組不同時(shí)間的供電公司側(cè)變電站的無功功率值,如圖5、圖6所示。

        圖5 關(guān)口點(diǎn)第一次測得的線路無功功率曲線圖

        圖6 關(guān)口點(diǎn)第二次測得線路無功功率曲線圖

        由圖5 和圖6 可以看出,線路無功功率的測量值為2.06 MVar,與理論計(jì)算值2.07 MVar 基本一致,可以驗(yàn)證線路無功計(jì)算的正確。

        2 應(yīng)對(duì)策略

        2.1 線路容性無功的補(bǔ)償方案

        依據(jù)電工學(xué)基本原理,容性無功應(yīng)采用感性無功進(jìn)行補(bǔ)償,電力系統(tǒng)中通常采用電抗器消納容性無功。為節(jié)能降耗簡化流程針對(duì)無功電能電力系統(tǒng)中通常采用就地補(bǔ)償原則。

        了解到用戶側(cè)方面,為了補(bǔ)償因?yàn)楦邏弘娎|對(duì)無功計(jì)量所造成的線路容性無功功率,在用戶主變低壓側(cè)裝設(shè)兩臺(tái)容量為1 000 kVar 的電抗器對(duì)線路容性無功進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償示意圖如圖7所示。

        圖7 用戶側(cè)無功補(bǔ)償示意圖

        據(jù)了解用戶每天凌晨1 點(diǎn)到6 點(diǎn)負(fù)荷小,關(guān)口點(diǎn)負(fù)荷主要為線路無功負(fù)荷,分析電抗器投運(yùn)前后線路無功的大小可判斷補(bǔ)償效果。

        通過對(duì)比補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前后線路無功曲線圖,如圖8、圖9 所示??梢钥闯鲅b設(shè)補(bǔ)償電抗器之后線路容性無功得到補(bǔ)償。

        圖8 補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前線路無功功率曲線圖

        圖9 補(bǔ)償電抗器投運(yùn)后線路無功曲線

        2.2 補(bǔ)償電抗器帶來的經(jīng)濟(jì)效益

        由表2 可以看出,補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前每月增加電費(fèi)20 萬元左右,補(bǔ)償電抗器投運(yùn)之后,用戶平均每月可以減少1 萬左右的電費(fèi),因此補(bǔ)償電抗器的投運(yùn)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。

        表2 補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前后電費(fèi)比對(duì)表

        根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》第七條,即對(duì)于大量采用10 kV~220 kV 電纜線路的城市電網(wǎng),在新建110 kV 及以上電壓等級(jí)的變電站時(shí),應(yīng)根據(jù)電纜進(jìn)、出線情況在相關(guān)電壓側(cè)分散配置適當(dāng)容量的感性無功補(bǔ)償裝置。

        3 結(jié)語

        1)隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),將會(huì)有越來越多的高壓電纜被應(yīng)用,高壓電纜高于架空線一個(gè)數(shù)量級(jí)的對(duì)地容性電流,架空線的無功一般可以忽略,而高壓電纜的無功必須予以重視。

        2)高壓電纜容性無功是造成關(guān)口點(diǎn)側(cè)功率因數(shù)過低,并呈電容性,與用戶側(cè)功率因數(shù)相差懸殊的主要原因。

        3)對(duì)于高壓電纜容性無功電能,一是可以設(shè)置無功補(bǔ)償裝置,通過文中的分析也確定了可行性。

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