Analysis of Reactive Measurement in an Industrial Park

Wu Chunyan / Geng Jinzhi / Huang Yurong / Wang Yong



Analysis of Reactive Measurement in an Industrial Park

Wu Chunyan / Geng Jinzhi / Huang Yurong / Wang Yong

AbstractTaking the distribution network in an industrial park as an example, the reactive power loss is calculated and the reactive measurement problem is analyzed. Then according to the problems existing in user-side distribution network, measures and suggestions to avoid the reactive power evaluation are expounded.

Keywordsreactive power loss, charging power, metering, no-load

0引言

在电力系统中，存在两种功率：有功功率和无功功率。有功功率是用来维持负载正常工作的电功率，可转换为其他形式的能量；无功功率则是用来维持设备电磁场的正常建立，在电网中的波动会占用发电机等无功电源的出力，还会引起电压波动，改变网络损耗。因此，供电企业对用户从电网吸收的无功电能会进行计量和奖惩考核。

由于用电侧的配电网结构、负荷类型、网络运行方式等对无功电能的计量有很大影响，所以，用电侧无功损耗的计算和分析对于规划、设计和运行阶段的合理性都有着较为重要的指导意义。

1实例分析

图1为某工业园区内的配电网结构，地区110/10kV变电站内主变2台，110kV侧为双母线接线、10kV侧为单母线分段接线，从10kV侧两段母线分别引出2路电源线(556出线、560出线、555出线和559出线)为10kV开闭所的四段母线供电。每一路电源线均设2条型号为YJV22-3X185(8.7/15kV)的电缆，单条电缆长度约为500m。10kV开闭所运行方式为两组(四段)母线，均分段运行，出线侧带有本建筑内10台型号为SCB11～10/0.4kV的干式变压器及一座相距约600m的变配电室(内设2台型号为SCB11-10/1000的变压器)。开闭所(AH28和AH35出线)引至该变配电室的两路电源线为YJV22-3X240(8.7/15kV)。在地区110/10kV变电站10kV出线侧、10kV开闭所进、出线侧均装有智能计量表。

表1为该园区内10kV配电网IV段查抄到的多级计量数据，以110/10kV变电站10kV侧计量点数据作为收费依据，由表1可以看出该点连续几个月功率因数都在0.3左右，远低于标准要求的0.9。

表1　某园区10kV配电网IV段多级计量数据

1.1变压器无功损耗

变压器有功及无功功率损耗的计算公式为：

(1)

(2)

式中，P0为变压器空载损耗，kW；Pk为变压器短路有功损耗，kW；I0%为变压器空载电流占额定电流的百分数；Uk%为变压器阻抗电压占额定电压的百分数；β为变压器负载率，0≤β≤1。

变压器处于空载状态、负载率为0时，其功率损耗为空载有功损耗和空载无功损耗之和。统计及计算得到该园区内变压器空载有功损耗和无功损耗如表2所示。

表2　变压器空载有功、无功损耗

注：数据来自金曼克变压器出厂资料。

1.2电缆无功损耗

考虑到10kV电缆在交流电压的作用下会产生较大的对地电容，在空载(或接近空载)情况下相当于电容器。其无功充电功率的计算式为：

(3)

式中，Qc为充电功率，kW；f为电网频率，50Hz；C为电缆电容，F；U为系统线电压，V；Uφ为相电压，kV；Iφ为相电流，A。

根据电缆样本参数，得到不同标称截面的网内用电缆，每千米无功功率损耗如表3所示。

表3　型号为YJV22(8.7/10(8.7/15kV))

注：电容参数来自明达电缆样本。

图1　某园区配电网一次系统图

1.3多级计量表计无功平衡分析

由表1可知，AH35出线(供下级相距600m变配电室的1 000kVA变压器)2015年11月计量数据中有功电量为3 300kW·h，由3 300/30/24=4.58kW，可得到该变压器日平均负载率接近零，其他几个月份有功损耗也较为接近，因此AH35出线计量得到的无功电量对应的日平均功率应该接近其出线电缆的充电功率(容性)和变压器的无功空载损耗(感性)绝对值之差。以每天24h、每月30天计算，由表2和表3可以得到月无功电度数为2 731.68kW·h，表中实际计量数据为2 880kW·h，考虑运行工况与样本数据的差异性、互感器与电能表的计量误差以及人工抄表造成的日期误差等因素，可以认为计算结果与计量数据较为接近。

AH24与AH35由于仅经过开闭所母排以及小段出线电缆，所以其计量数据应较为接近。而110kV地区站的559出线与AH39之间经过了开闭所该段进线电缆，两表计量结果之差应该与该段电缆充电功率在1个月内产生的无功损耗相接近。以每天24h、每月30天计算，由表3可得到该段电缆月无功电度数为7 460.64kW·h，与表1中两表计量数据的差值基本接近。

2结论

根据以上计算结果分析可知，运行过程中出现变压器负荷率严重过低的情况时，感性无功不能抵消线路低负荷运行时的容性无功，而园区内10kV中压侧又没有感性无功补偿装置，导致功率因数偏低。而对于纯用电用户，电能表计量设置时会将四个象限产生的无功电度数之和作为总的无功电量，因此仅在低压侧进行容性补偿会导致大量罚款的产生。

造成此问题的原因主要为：在设计前期，工艺负荷往往是按用电高峰负荷与裕度的情况进行设定，与实际运行负荷差别较大，若为试验性负荷甚至会出现前述负载率不足10%的情况。避免和改善此种情况的方式主要有以下几种：

1)在前期资料阶段，工艺负荷应该尽量符合实际需求，负荷类型尽量明确。

2)运行阶段在保证供电可靠性的同时，尽量减少热备用或轻载线路(热备用线路可能产生大量无功电度数)。

3)中压配电网内电缆线路较多、较长及全网负荷波动范围较大时，可在中压侧安装感性无功补偿装置。

4)在进行变压器选型时考虑选择可调容量的变压器，在负荷轻时采用较小容量来提高负荷率。

参考文献

[1]麦海华.10kV配电网热备用电缆的无功计算机补偿[J]. 湖南农机, 2011,38(1):104-104.

[2]周鹗，等.电机学(修订版)[M]. 北京:水利电力出版社,1988: 44-46.

[3]余斌, 秦明亮, 杨秀朝. 充电无功功率对无功计量的影响[J].水电能源科学, 1998(2):62-66.

[4]Wang Xiaozhe, Chiang Hsiao-Dong. Analytical studies of quasi steady-state model in power system long-term stability analysis[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems I, 2013, 61(3):943-956.

[5]Wang Xiaozhe, Chiang Hsiao-Dong. Numerical investigations on quasi steady-state model for voltage stability: limitations and nonlinear analysis[J]. International Transactions on Electrical Energy Systems, 2014, 24(11): 1586-1599.

[6]Wang Xiaozhe, Chiang Hsiao-Dong. Some issues with quasi-steady state model in long-term stability[A]. IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2013: 1-5.

某工业园区无功计量问题分析

武春艳1/ 耿金枝1/ 黄玉蓉1/ 王勇2

1. 中国航天科工集团飞航技术研究院动力供应站技术管理中心，北京100071 2. 中国航天建设集团有限公司，北京100071

摘要以某工业园区内配电网为例，进行了无功损耗计算和无功计量问题的分析，并根据用电侧配电网目前存在的问题，阐述了避免无功考核的相应措施和建议。

关键词无功损耗充电功率计量空载