如前文所述,无功功率的无功,仅仅是指其对于“做功”这件事没有直接的作用。也就是说无功电功率不负责直接将电能转化为其他形式的能量,而是起到维持电磁场能量交替、电源负荷之间能量交替以确保负荷正常的使用。
无功功率的存在会导致功率因数不为单位1,且无功功率相对有功功率越大,则功率因数越低。
那么对于一个整体上看不可或缺的无功功率,为何需要补偿,即无功补偿呢?为何较低的功率因数需要治理呢?
今天我们来讨论下无功补偿,也就是提高功率因数的意义。
线路降损
因为供电线路并不是超导体,所以当电流流过的时候会产生损耗,将一部分电能转化为热能。
我们用下图来量化分析一下无功功率过大,功率因数降低对于线路损耗带来的影响。
变电站出线间隔向线路上用户供电,从变电站出口至用户变压器高压侧(产权分界点处),因为电流流经供电线路会产生损耗。
变压器降损
带电运行的变压器因为内部结构,电磁场转化以及发热等原因均会产生损耗,损耗的分类可分为铜损及铁损。
其中铜损与变压器的带电负荷有关,负荷功率影响铜损的大小。
而铁损与变压器是否带电有关,只要变压器带电,那么铁损一定产生,一定程度上可视固定型号的变压器铁损为定值。
而功率因数的产生与负荷有关,故这里讨论的变压器损耗为铜损部分。
力调电费
如上述,当用户自身功率因数较低时,不仅会造成电网侧输电线路上的损耗增加,同时也降低了线路可以输送的有功功率容量,这对于电网的运行来说非常不经济。
所以在电网的变电环节、不论是在输电网中的变电站,还是在配电网中的变电台区或者箱变处,都会配置相应容量的无功补偿设备以维持变压器自身的有功供电容量。
但在供电末端,用户的功率因数低,无功补偿不利的原因在用户内部,也就是产权分界点以下。为了使用户有动力维持自身功率因数在一个合理范围,国家规定了功率因数调整电费,即力调电费,对不符合功率因数标准的用户按比例调增当月电费,对符合且超过标准的用户也会给予用户一定的电费减免。
功率因数作为电能质量的一项,是电力这种商品的重要特征。但这也是电力商品的特殊性,其质量或者说品质不单单是由卖方(发电厂/电网)决定,而是会受到用户的双向影响。
所以,用户使用电力不仅是一种权利,同样也要承担一定的义务。其中一项就是要维持自身的电能质量,提高功率因数,降低谐波等污染源的产生。
低功率因数不仅造成线路损耗增加,有效供电容量的的降低,同样也会增加自身的变压器损耗。
大量的谐波产生也会污染线路上输送的电力,并对同一线路上的其它用户用电带来的影响。
用户用电往往会带来一定的外部性,所以电费单上出现了力调电费,用经济的手段让用户重视自己的电能质量、功率因数。
维持高功率因数,利己利他。
划重点
- 用户侧的低功率因数在增加上级输电线路线损的同时亦会降低其有效输电容量。
- 变压器的低压侧的功率因数会影响变压器铜损,提高此处的功率因数意味着可以降低变压器自身损耗。
- 电力部门用功率因数调整电费的方式引导用户维持自身高功率因数。