论文部分内容阅读
摘要：线路处于轻载甚至空载运行状态， 功率因数偏低，进而影响相当部分用电户的电费。本文通过等效电路进行计算分析，提出提高轻载条件下线路功率因数的3条途径，在理论上突破并联补偿电容的惯常思路。在考虑工程实施可行性、便利性后，建议应用并联补偿电容或引入调节电阻的做法。
关键词：功率因数;电费;轻载;补偿电容;调节电阻
1 引言
每年的春节假期前后，众多的用电户面临一段较长时间的假期。期间线路特别是专用变压器，处于轻载甚至空载运行状态。部分专变用电户虽然用电较少，但是可能电费减少不多，甚至比正常生产期间还多，造成了专变用电户的困扰。此问题的原因很可能与轻载条件下线路功率因数偏低有关。
解决轻载条件下线路功率因数偏低问题惯常的做法是并联补偿电容进行无功补偿。
无功补偿对用电户而言有着提高功率因数、增加线路传输容量、降低线损、稳定电压等直接作用，是成熟有效的解决途径，但这不是唯一的解决方案。
2功率因数与电费
专用变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗。在轻载甚至接近空载情况下，即负载的有功功率对无功功率小到可以忽略时，功率因数就只有0.3左右了。
一般情况下，大部分地区大工业专变用电户的电费的构成为：总电费=基本电费+电度电费+功率因数调整电费+附加电费。
基本电费分为按变压器容量或按最大需量两种计算方式。在笔者所在的地区为23 元/kVA·月或32 元/kW·月，与用电户实际用电量无关，可以由用电户自行选择。
电度电费=Σ时段电度电价×时段电度数，与用户用电设备容量或合同最大需量无关。大工业专变用电户的电度电价分峰平谷时段的电度电价。在笔者所在的地区峰、平、谷三个时段的电度电价分别为100.39分、60.84分、30.42分。
附加电费为政府规定的由供电部门征收的费用。在笔者所在的地区附加电费为可再生能源附加、重大水利工程建设基金、水库移民后期扶持基金。
功率因数调整电费的部分是由于用電户实际功率因数对比功率因数标准值引起的电费，执行水电财字[83]215号文中的《功率因数调整电费办法》，如文中的表1所示。功率因数越低，线路及设备的利用率越低，线路功率损耗越大，供电质量也越差。
按表1，如果功率因数为0.3，那么当月功率因数调整电费=（基本电费+电度电费）×85%。以500kVA的大工业用电户为例，这笔增加的月功率因数调整电费将会达到10 000元以上，从而造成了专变用电户的困扰。所以解决轻载条件下的线路功率因数偏低问题具有普遍的实际意义。
3 等效电路分析
等效电路是将一个复杂的电路，通过电阻等效、电容等效，电源等效等方法，化简成具有与原电路功能相同的简单电路。等效电路是易于理解的一种电路分析手段。
3.1并联补偿电容
典型的用户用电系统等效电路如图1所示。变电所电源经线路电抗x1后将电能送到用户的变压器高压侧，变压器低压侧接有负载ZL=rL+jωLL。增加并联补偿电容C后，变压器低压侧功率因数为
在工程实践中，并联补偿电容主要包括以下常用措施[3]：
（1）通过合理设计每步投切的电容容量，避免每步投切容量过大。
（2）优化功率因数控制器的功能设计，适应用户的用电特点。现在功率因数控制器已能实现三相不对称控制、控制策略多样性等，而且向着更加智能化、网络化方面发展[4]。
（3）优选电容器投切执行装置，如晶闸管型、复合开关型等。
复合开关选用晶闸管开关和磁保持开关并联运行，其在接通和断开的瞬间通过可控硅过零投切，在正常接通期间通过磁保持开关工作，实现了电压过零投入和电流过零切除。复合开关具有无冲击、低功耗、高寿命等显著优点。
（4）就地补偿。
就地补偿通常将低压电容器组与用电设备并联连接，通过控制、保护装置与用电设备同时投切。就地补偿用于补偿电动机的无功消耗时，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制无功负荷，可减小配电线路的导线截面和配电变压器的容量;可减少中压网络、配电变压器、低压配电线路的功率损耗;降低能耗效果好;可降低电动机的启动电流。
3.2 调节电阻
上述的计算是在rL和LL一定的情况下，得出的结果。如果原来负载中LL不变，但rL分为固定电阻负载和调节电阻，即rL=+，同时投入固定容量的补偿电容C，令，那么cosφLC=1。此时调节电阻
在实践中，当变压器轻载或完全切断负载时，在变压器二次侧并上功率很小的大阻值电阻，电阻的功率为变压器额定功率的千分之一数量级即可。
3.3可调电感的讨论
应用上面调节电阻的推导思路，假设原来负载中rL不变，投入固定容量的补偿电容C，分为固定电感负载、调节电感，同时增加了调节电感伴生的调节电阻，那么当然也可以进行计算，但实施起来不如调节电阻方便，所以本文暂不作深入讨论。
4 结论
综合上述等效电路分析，提高轻载条件下线路功率因数的途径理论上有3条，但建议采取并联补偿电容的常规做法或采取引入调节电阻的做法。
参考文献
[1] 邱关源.电路 [M] .北京：高等教育出版社，1999.
[2] 程汉湘.无功补偿理论及其应用 [M] .北京：机械工业出版社，2016.
[3] 黄斌，吕飞鹏. 用户低负荷状况下无功补偿问题探讨 [J] .四川电力技术，2012，35（6）：11-13
[4] 李勇，程汉湘，方伟明，等. 无功补偿装置在电力系统中的应用综述 [J] .广东电力，2016， 29（6）：91
作者简介：麦永升（1979-），男，工程师，主要从事电气设备安装、维护和工程管理。
关键词：功率因数;电费;轻载;补偿电容;调节电阻
1 引言
每年的春节假期前后，众多的用电户面临一段较长时间的假期。期间线路特别是专用变压器，处于轻载甚至空载运行状态。部分专变用电户虽然用电较少，但是可能电费减少不多，甚至比正常生产期间还多，造成了专变用电户的困扰。此问题的原因很可能与轻载条件下线路功率因数偏低有关。
解决轻载条件下线路功率因数偏低问题惯常的做法是并联补偿电容进行无功补偿。
无功补偿对用电户而言有着提高功率因数、增加线路传输容量、降低线损、稳定电压等直接作用，是成熟有效的解决途径，但这不是唯一的解决方案。
2功率因数与电费
专用变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗。在轻载甚至接近空载情况下，即负载的有功功率对无功功率小到可以忽略时，功率因数就只有0.3左右了。
一般情况下，大部分地区大工业专变用电户的电费的构成为：总电费=基本电费+电度电费+功率因数调整电费+附加电费。
基本电费分为按变压器容量或按最大需量两种计算方式。在笔者所在的地区为23 元/kVA·月或32 元/kW·月，与用电户实际用电量无关，可以由用电户自行选择。
电度电费=Σ时段电度电价×时段电度数，与用户用电设备容量或合同最大需量无关。大工业专变用电户的电度电价分峰平谷时段的电度电价。在笔者所在的地区峰、平、谷三个时段的电度电价分别为100.39分、60.84分、30.42分。
附加电费为政府规定的由供电部门征收的费用。在笔者所在的地区附加电费为可再生能源附加、重大水利工程建设基金、水库移民后期扶持基金。
功率因数调整电费的部分是由于用電户实际功率因数对比功率因数标准值引起的电费，执行水电财字[83]215号文中的《功率因数调整电费办法》，如文中的表1所示。功率因数越低，线路及设备的利用率越低，线路功率损耗越大，供电质量也越差。
按表1，如果功率因数为0.3，那么当月功率因数调整电费=（基本电费+电度电费）×85%。以500kVA的大工业用电户为例，这笔增加的月功率因数调整电费将会达到10 000元以上，从而造成了专变用电户的困扰。所以解决轻载条件下的线路功率因数偏低问题具有普遍的实际意义。
3 等效电路分析
等效电路是将一个复杂的电路，通过电阻等效、电容等效，电源等效等方法，化简成具有与原电路功能相同的简单电路。等效电路是易于理解的一种电路分析手段。
3.1并联补偿电容
典型的用户用电系统等效电路如图1所示。变电所电源经线路电抗x1后将电能送到用户的变压器高压侧，变压器低压侧接有负载ZL=rL+jωLL。增加并联补偿电容C后，变压器低压侧功率因数为
在工程实践中，并联补偿电容主要包括以下常用措施[3]：
（1）通过合理设计每步投切的电容容量，避免每步投切容量过大。
（2）优化功率因数控制器的功能设计，适应用户的用电特点。现在功率因数控制器已能实现三相不对称控制、控制策略多样性等，而且向着更加智能化、网络化方面发展[4]。
（3）优选电容器投切执行装置，如晶闸管型、复合开关型等。
复合开关选用晶闸管开关和磁保持开关并联运行，其在接通和断开的瞬间通过可控硅过零投切，在正常接通期间通过磁保持开关工作，实现了电压过零投入和电流过零切除。复合开关具有无冲击、低功耗、高寿命等显著优点。
（4）就地补偿。
就地补偿通常将低压电容器组与用电设备并联连接，通过控制、保护装置与用电设备同时投切。就地补偿用于补偿电动机的无功消耗时，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制无功负荷，可减小配电线路的导线截面和配电变压器的容量;可减少中压网络、配电变压器、低压配电线路的功率损耗;降低能耗效果好;可降低电动机的启动电流。
3.2 调节电阻
上述的计算是在rL和LL一定的情况下，得出的结果。如果原来负载中LL不变，但rL分为固定电阻负载和调节电阻，即rL=+，同时投入固定容量的补偿电容C，令，那么cosφLC=1。此时调节电阻
在实践中，当变压器轻载或完全切断负载时，在变压器二次侧并上功率很小的大阻值电阻，电阻的功率为变压器额定功率的千分之一数量级即可。
3.3可调电感的讨论
应用上面调节电阻的推导思路，假设原来负载中rL不变，投入固定容量的补偿电容C，分为固定电感负载、调节电感，同时增加了调节电感伴生的调节电阻，那么当然也可以进行计算，但实施起来不如调节电阻方便，所以本文暂不作深入讨论。
4 结论
综合上述等效电路分析，提高轻载条件下线路功率因数的途径理论上有3条，但建议采取并联补偿电容的常规做法或采取引入调节电阻的做法。
参考文献
[1] 邱关源.电路 [M] .北京：高等教育出版社，1999.
[2] 程汉湘.无功补偿理论及其应用 [M] .北京：机械工业出版社，2016.
[3] 黄斌，吕飞鹏. 用户低负荷状况下无功补偿问题探讨 [J] .四川电力技术，2012，35（6）：11-13
[4] 李勇，程汉湘，方伟明，等. 无功补偿装置在电力系统中的应用综述 [J] .广东电力，2016， 29（6）：91
作者简介：麦永升（1979-），男，工程师，主要从事电气设备安装、维护和工程管理。