工業(yè)電力用戶無功功率收費問題的探討

王卓勇，石 曄

（衡水供電公司，河北 衡水 053000）

無功功率在電力系統(tǒng)中是影響電能功率因數(shù)的主要部分，無功功率的大小直接影響電壓質(zhì)量.當(dāng)無功功率不足時，電網(wǎng)電壓將降低；當(dāng)無功功率過剩時，電網(wǎng)電壓必將上升.電壓水平的高低會影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，也會影響各類用電設(shè)備的安全運行.另外，在電能輸送過程中大量無功功率的存在，必將影響電網(wǎng)對電能的輸送能力，增大線路的電能損耗，同時還會降低各級變壓器的負(fù)載能力.因此，無功功率的測量在電力生產(chǎn)、輸送、消費過程中的管理是非常有必要的.目前，我國無功功率的測量是用來考核電力系統(tǒng)對無功功率平衡的調(diào)節(jié)狀況，并沒有把無功功率的消耗納入收費計量的范疇，這對無功功率的調(diào)節(jié)和控制管理非常不利.通過對電力用戶消耗的無功功率收費，可以加強電力用戶對無功補償設(shè)備的管理，這對節(jié)能減排意義重大.

1 功率因數(shù)及無功補償基本狀況

1.1 功率因數(shù)的計算方法及基本要求

目前，我國無功功率測量的主要目的是用來考核電力系統(tǒng)對無功功率平衡的調(diào)節(jié)狀況以及通過對用戶消耗的有功電能WP和無功電能Wq的測量，考核負(fù)載的平均功率因數(shù)，即

根據(jù)2009年國家電網(wǎng)生[2009]133號文件《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》第十七條對工業(yè)電力用戶的電壓質(zhì)量和無功電力管理的要求：

（1） 工業(yè)電力用戶裝設(shè)的無功補償裝置應(yīng)根據(jù)其負(fù)荷和電壓變動及時調(diào)整無功功率.

（2） 工業(yè)電力用戶功率因數(shù)應(yīng)達到：

1） 35 kV及以上供電的工業(yè)電力用戶，在主變最大負(fù)荷時，其一次側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，在任何情況下不應(yīng)向電網(wǎng)倒送無功.

2） 100 kV·A及以上10 kV供電的工業(yè)電力用戶，其功率因數(shù)宜達到0.95以上.

3） 其他工業(yè)電力用戶，其功率因數(shù)宜達到0.90以上.

1.2 衡水電網(wǎng)無功補償分析

按照目前執(zhí)行的《用戶功率因數(shù)調(diào)整電費辦法》，實質(zhì)上就造成在大負(fù)荷時主電力網(wǎng)功率因數(shù)要保持0.95以上，就要不得不對工業(yè)電力用戶送出大量無功電力.對用戶送出大量無功電力的結(jié)果：首先是要對主網(wǎng)變電站增加無功補償設(shè)備的容量，實質(zhì)上是增加了無意義的投資.其次是大量無功電力在電網(wǎng)上流動，增加了電能損耗.這種情況對整個電力網(wǎng)經(jīng)濟運行來說，就勢必增加大量電能損耗和不必要的一次設(shè)備投資費用.

從另一個方面來講，也違背了工業(yè)電力用戶就地?zé)o功補償?shù)幕疽饬x.工業(yè)電力用戶就地?zé)o功補償?shù)哪康木褪且乐勾罅繜o功負(fù)荷在電力網(wǎng)上流動，提高工業(yè)電力用戶自身的用電質(zhì)量和力率.

從衡水電網(wǎng) 2011年 4月進入春季大負(fù)荷以后的實際運行情況進行分析就可以看出，工業(yè)電力用戶無功補償對電網(wǎng)運行的重要影響.2011年4月春季大負(fù)荷以來，出現(xiàn)了衡水電網(wǎng)有史以來的最大負(fù)荷1 143.0 MW，220 kV電網(wǎng)主變壓器總?cè)萘渴? 620 MV·A，所有220 kV主變壓器幾乎都接近滿載運行.對電壓無功補償工作有所了解的電力工作人員都會知道，主變壓器在滿載時消耗的無功電力是最多的，各 220 kV變電站都配置了大量的無功補償容量，完全滿足主變壓器消耗無功電力的需求.但一些 220 kV變電站的主變壓器一次側(cè)功率因數(shù)仍不滿足要求值.其主要原因是工業(yè)電力用戶無功補償不合理造成的.

以35 kV變電站無功補償最能說明用戶無功補償容量不足對電網(wǎng)的影響.安平縣供電局35 kV嚴(yán)疃變電站的負(fù)荷運行情況分析，該站主變總?cè)萘繛?8 000 kV·A，無功補償電容器組容量是一組5 000 kV·A的集合電容器和4 000 kV·A的10 kV線路出口補償容量（4組電容器組分別設(shè)置在變電站內(nèi)10 kV出線架構(gòu)上）合計9 000 kV·A的無功補償容量，補償度達到50 %.這樣的補償既是對設(shè)備的浪費，又增加了10 kV線路的損耗.

從當(dāng)時功率因數(shù)情況分析，有功為15 000 kW，無功為8 600 kV·A，功率因數(shù)僅為0.87，按當(dāng)時的負(fù)荷情況，如果35 kV嚴(yán)疃變電站的功率因數(shù)要達到有關(guān)規(guī)定要求的0.95，在投入9 000 kV·A無功容量的情況下，還需再增加 3 600 kV·A電容器組的無功容量才能滿足要求.大量的無功缺額來自工業(yè)電力用戶，致使該站進行不合理無功補償?shù)那闆r下，功率因數(shù)仍不能滿足要求.

通過對工業(yè)電力用戶的無功補償情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)存在如下問題:

1） 有些工業(yè)電力用戶設(shè)法逃避裝設(shè)無功補償設(shè)備.根據(jù)有關(guān)要求100 kV·A及以上的變壓器必須要安裝無功補償設(shè)備，而用戶為了減少無功補償設(shè)備這部分投資金，就用幾臺80 kV·A或50 kV·A小容量變壓器組合來達到自己用電的需量要求.

2） 有些工業(yè)電力用戶雖然是安裝了電容器組，卻從來就沒有投運過.電容器一直處于停滯狀態(tài)，即投了資又沒有起到應(yīng)有的效果.

3） 有些工業(yè)電力用戶的無功補償設(shè)備雖然有人管，但是在無功補償裝置發(fā)生故障后，對故障電容器組等無功補償設(shè)備從來不進行檢修，導(dǎo)致補償度下降.

4） 更為重要的是絕大多數(shù)工業(yè)電力用戶對無功補償?shù)幕疽饬x和作用不了解，認(rèn)為無功補償設(shè)備是消耗電能的設(shè)備，從心里上抵觸無功補償設(shè)備的投入運行.實際上無功補償設(shè)備在運行過程中自己并不消耗電能，它在半周期的時間里將儲存的磁場（或電場）能量送給電源，與電源進行能量交換.

如果要改變以上工業(yè)電力用戶的無功補償問題很困難.電力公司對工業(yè)電力用戶沒有隸屬關(guān)系，更沒有執(zhí)法權(quán).所以對工業(yè)電力用戶的無功補償管理形同虛設(shè).因此，無功功率收費辦法是解決工業(yè)電力用戶的無功補償問題的最有效措施.功率因數(shù)達不到相關(guān)要求是要付出經(jīng)濟代價的，通過無功功率收費的經(jīng)濟賬，讓工業(yè)電力用戶主動解決自己無功補償問題，確保功率因數(shù)保持在較好水平.

2 無功功率收費的具體措施

2.1 無功功率計量起始值

談及無功功率收費問題，首先要確定無功功率計量起始值的問題.計量起始值應(yīng)根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》有關(guān)條款以功率因數(shù) 0.95為基準(zhǔn).在正常負(fù)荷期間，工業(yè)電力用戶功率因數(shù)高于 0.95時，從電網(wǎng)吸收的無功功率部分不進行計費.當(dāng)工業(yè)電力用戶負(fù)荷功率因數(shù)低于 0.95時，以0.95減去實際負(fù)荷時的功率因數(shù)的差值部分進行累計計量消耗的無功功率數(shù)值，并以此進行收費.在輕載負(fù)荷時，要嚴(yán)防工業(yè)電力用戶負(fù)荷功率因數(shù)高于 0.95，而無功功率處在向電網(wǎng)倒送的這一情況.為防止無功功率倒送，應(yīng)根據(jù)倒送無功功率情況制定相應(yīng)處罰規(guī)定.

2.2 無功功率計量實現(xiàn)條件

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字信號處理技術(shù)的進步，四象限無功分析為無功功率的精確測量和計量方式升級提供了技術(shù)條件，使無功功率的測量技術(shù)和收費管理方法能有效結(jié)合在一起.因此將功率因數(shù)考核變?yōu)闊o功功率收費，迫使電力用戶付出經(jīng)濟代價，以達到治理工業(yè)電力用戶功率因數(shù)低，而無功補償不合理的目的.

目前，使用全電子式電能表就能測量四象限無功功率.在第一象限，輸入有功功率P，輸入無功功率Q，電力用戶為阻感性負(fù)荷，即坐標(biāo)系的右上角，有功是正的，無功也是正的，說明其通過電網(wǎng)向電力用戶提供有功和無功；在第二象限，輸出有功功率 P，輸入無功功率 Q，電力用戶負(fù)荷相當(dāng)于欠勵磁發(fā)電機，即坐標(biāo)系的左上角，有功是負(fù)的，無功是正的，說明其向電網(wǎng)提供有功，而從電網(wǎng)取用無功；在第三象限，輸出有功功率 P，輸出無功功率 Q，用戶負(fù)荷相當(dāng)于過勵磁發(fā)電機.即坐標(biāo)系的左下角，有功是負(fù)的，無功也是負(fù)的，說明其向電網(wǎng)提供有功和無功；在第四象限，輸入有功功率P，輸出無功功率Q，用戶為阻容性負(fù)荷，即坐標(biāo)系的右下角，有功是正的無功也是負(fù)的，說明其向電網(wǎng)提供無功，而從電網(wǎng)取用有功；從四象限的幾種情況就可以清晰地分辨出工業(yè)電力用戶在電網(wǎng)吸收或向電網(wǎng)發(fā)出的無功功率情況.當(dāng)然如果真正實現(xiàn)無功功率計費，在技術(shù)角度上，全電子式電能表還要增加功率因數(shù)的判據(jù)模塊及判定后進行計費的無功功率的累加模塊.同時，無功功率的準(zhǔn)確度也要符合收費計量的有關(guān)要求，并應(yīng)有有關(guān)行政管理部門出臺相關(guān)政策，確保計量的公正合理.

3 結(jié)論

無功功率收費納入正軌收費范圍后，對于電力系統(tǒng)來說，工業(yè)電力用戶的電壓無功管理工作中的許多難解問題，就可以很自然地解決.電力工業(yè)用戶的用電量占總用電量的 70 %以上，按 2010年中國全社會用電量4.19萬億kW·h計算，其用電量達到2.92萬億kW·h.電力工業(yè)用戶的功率因數(shù)由0.9（很多電力工業(yè)用戶的功率因數(shù)運行在 0.9以下）提高到 0.95，每年可節(jié)約電量 0.146萬億 kW·h，相當(dāng)于 2010年三峽電站完成發(fā)電量843.7 億 kW·h的近 2倍.相信人們對于三峽電站建設(shè)所動用的人力、物力、財力以及社會力量有所了解.而通過無功功率收費這一約束機制用很小的投資就相當(dāng)于建設(shè)了兩座三峽電站的發(fā)電量，起到了四兩撥千斤的功效.如果是火力發(fā)電廠發(fā)出1 460億kW·h的電量，按每300 g標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)一度電計算，將燒掉0.438億噸煤.燒掉 0.438億噸煤產(chǎn)生的環(huán)境污染是非常巨大的.所以希望有關(guān)行政管理部門對無功功率收費問題引起足夠的重視，早日實現(xiàn)無功功率收費，對于節(jié)能減排將具有巨大深遠的意義.