电力用户无功管理对电力系统的影响分析

【摘要】本文首先介绍了我国供电企业无功管理的现状并针对无功管理存在的问题进行了简要分析。接着详细讲解了用户功率因素与节能降损之间的关系并对如何管理我国电网用户功率因数提出几点建议，最后给出了用户无功管理的措施。

【关键词】功率因数；无功管理；节能降损；措施

1、电力用户无功管理对电力系统安全运行的影响分析

电力系统的安全稳定运行，与用户无功需求和控制电压技术及调节无功功率分不开的。电力系统的运行特点要求，电源的无功出力要同用电负荷和供电网络消耗的无功时刻保持平衡。

由于用户无功引起的停电事故很多，例如：1983年12月27日的瑞典大停电事故；1987年7月23日的日本东京电力系统停电事故。瑞典大停电事故使南部系统全停电，停电负荷11400MW，占整个系统负荷的67%，电网全部恢复时间用了7h以上，事故损失2～3亿瑞典克郎，约3000～5000万美元。日本东京大停电事故停电8168MW，影响用户280万户，停电时间最长达3h21min，两个500kV变电站及一个275kV变电站全站停电，影响日本13条铁路线停运达3h50min，东京地铁及私营铁路停运长达3h，自来水中断，银行计算机系统中断，造成社会生活混乱。

电力用户无功不足，会影响供电电压。电力用户无功需求过大，可能引起电压崩溃甚至电力系统瓦解；用户无功过剩，向系统倒送无功，会加大系统和用户的电力设备的损耗，对电力设备不利。用户无功就地补偿，可以有效地提高电力系统运行稳定性，改善电能质量。

2、电力用户无功管理对线路和设备利用率的影响分析

2.1 用户无功管理对电气设备利用率的影响

电气设备的额定电流与额定功率取决于设备自身的电气参数。在设备的视在功率不变的条件下，提高功率因数可以多输送有功功率。功率因数直接影响电气设备的出力。设备的功率因数越低，额定电流中无功电流占的比例就越大，有效出力就越小；功率因数越高，无功电流占的比例就越小，有效出力就越大。

2.2 用户无功管理对线路输送能力的影响

线路输送的最大电流主要取决于线路的电气参数。当线路电压与电流一定时，只有提高功率因数，才能增加线路输送的有功功率，提高线路输送能力。在线路输送电流为1A时，不同功率因数下有功和无功电流的大小见表2。

由表2可知，在线路电流一定时，功率因数从0.5提高到1，线路输送能力提高了一倍。提高功率因数，可以显著地提高线路的输送能力。

2.3 用户无功管理对变压器变送能力的影响

功率因数对变压器的变送能力有较大影响。一台容量为100kVA的变压器，功率因数为0.60时的输送能力只有60kW，功率因数为1时的输送能力则可以达到100kW。

3、电力用户无功产生的能耗分析

3.1 无功在同电压等级间传输对电能损耗的影响

线路损耗与线路的电阻成正比，与通过线路的电流的平方成反比。当输送的有功功率一定时，总的功率损耗便取决于无功功率。有功电流损耗不可避免，无功电流损耗则可以通过无功就地补偿来减小。表3是不同功率因数的交流电路中有功电流为1A时无功电流的大小。

从表4可知，功率因数从1.0下降到0.85时，有功损耗增加38%；功率因数从1.0下降到0.6时，有功损耗增加178%。功率因数从0.6提高到0.95，线路的电能损耗下降60%；功率因数从0.5提高到1，线路的电能损耗下降75%。

例：巢湖市放王变电站的一条外供10kV线路，线路总长度11公里，使用LGJ-50铝绞线，线路负荷约1000kVA，2000年这条线路在变电站出口处功率因数低于0.60。现在采取了分层分级自动补偿，使这条线路变电站出口处的功率因数提高到0.96以上。按照改造前后的实际功率因数计算，这条线路的损耗由原来的18%以上降低到了现在6.5%以下。与2000年相比，该线路现在每年减少电能损耗99.96万kWh，按每度电按0.5元，每年可减少50万元的经济损失。

输配电线路中的无功潮流产生大量电能损耗，采用就地补偿提高功率因数，可以有效地降低线路损耗。

3.2 无功在不同电压等级间穿越对电能损耗的影响

3.3 用户无功管理的能耗分析

2007年，我国两大电网的线损率是6.41%，全年损失电量为1666亿kWh，加上地方电网与企业电网的电能损失，线损电量约超过1800亿kWh，足足吃掉两个多三峡电站的电力。按照2007年全国6000kW及以上电厂供电煤耗（356克/kWh）计算，全国两大电网线损相当于多消耗5931万t标准煤。

我国6.0%以上的线损率仍然高于美、英、日等发达国家。电网降低线损的潜力巨大。通过提高用户功率因数和无功就地平衡，减少跨电网、长距离、大容量长期流动无功潮流，进一步降低线损、减少电能损耗将相当可观。

在对参加功率因数考核的用户进行普遍调查后发现，2007年的全国电力用户平均功率因数为0.89；本次抽样调研的551家电力用户总体平均功率因数为0.91，抽样调研由于本次抽样大用户较多，而且大用户的平均功率因数较高，所以出现总体平均功率因数较高。

按2007年供电规模计算，若平均功率因数由0.89提高到0.95，同电压传输的线路损耗将下降12.2%，变压器的损耗也将下降12.2%。年节约总电量可达220亿kWh，相当于节约782万t标准煤，减少二氧化硫排放16万吨。若平均功率因数由0.89提高0.98，同电压传输的线路损耗和变压器的损耗将下降17.5%，将年节约总电量315亿kWh，相当于节约1121万t标准煤，减少二氧化硫排放22.8万吨。

早在1989年，国际知名的电力系统专家，美国德州大学能源研究中心主任陈漠星教授就曾在对国内电网状况调研后上书总理，尖锐地指出“因配电系统不装置自动控制无效电力，没有用智慧去控制电压，配电系统丢掉35%的电力”。并且提到工业用电及民用、商业用电的电力损失是不能从供电企业的线损中反应出来的，这部分损失甚为巨大。如果占电力系统无功负荷70%的用户的无功负荷就地平衡问题能得到解决，粗略计算我国每年少损失500亿kWh电量。

此外，功率因数的提高还可以提高设备和线路的利用率，降低设备与线路投资成本。2007年国家电网公司参加功率因数考核用户装接容量为92335万kVA，若平均功率因数由0.89提高到0.95，将空出设备容量5831万kVA，按单位造价150元/kVA计算，可以节约新增容量的投资87.5亿元。若平均功率因数由0.89提高到0.98，将空出设备容量为8480万kVA，可以节约新增容量的投资127.2亿元。

4、小结

用户功率因数过低，无功不能就地平衡，电网向电力用户长距离、大容量、跨电网输送无功，形成大量不合理的无功潮流。电力用户无功需求过大，可能引起电压崩溃甚至电力系统瓦解。此外，大量无功流动在线路和设备上产生能量损耗，降低了线路和设备利用率。通过加强电力用户无功管理，实现无功就地平衡，具有极大的节能潜力。