高壓電纜對電能計(jì)量的影響分析及應(yīng)對策略

靳紹平，李 俊，蔡艷霞 ,袁 昕 ,溫洪波

（1.江西軟件職業(yè)技術(shù)大學(xué)，江西南昌 330041；2.國網(wǎng)江西省電力有限公司供電服務(wù)管理中心，江西南昌 330032）

0 引言

電能不能大量儲(chǔ)存，發(fā)電、輸電、變配電、用電同時(shí)進(jìn)行，用戶用電功率因數(shù)的高低，對發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，節(jié)約電能和改善電能質(zhì)量有著重要的影響。用戶的功率因數(shù)保持均衡對保證供用電雙方利益和提高社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。依據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》第四十一條無功電力應(yīng)就地平衡的規(guī)定，100 kVA及以上高壓供電用戶的功率因數(shù)應(yīng)在0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)應(yīng)在0.85以上。按照《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》計(jì)算電費(fèi)時(shí)，根據(jù)計(jì)算的功率因數(shù)，高于或低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在按照規(guī)定的電價(jià)計(jì)算出其當(dāng)月電費(fèi)后，再按照“功率因數(shù)調(diào)整表”的規(guī)定增減電費(fèi)[1-3]。

據(jù)悉，某110 kV電力用戶（以下簡稱用戶）電力線路改造后，在功率因數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置正常投運(yùn)狀態(tài)下，其電費(fèi)因功率因數(shù)過低導(dǎo)致功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)平均每月增加20余萬元。對于這種情況，專業(yè)人員對關(guān)口點(diǎn)和用戶側(cè)進(jìn)行調(diào)研、數(shù)據(jù)收集?，F(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示：供電公司側(cè)功率因數(shù)過低，而用戶側(cè)功率因數(shù)合格。線路兩側(cè)電能計(jì)量裝置得到的功率因數(shù)差異大，按用戶側(cè)電能計(jì)量裝置結(jié)算電費(fèi)，不僅不用多交電費(fèi)，而且可以得到電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)。

對線路兩側(cè)功率因數(shù)出現(xiàn)較大差異情況作進(jìn)一步分析研究，發(fā)現(xiàn)電力線路改造后線路中的一段改造成高壓電纜，而高壓電纜與普通架空線相比其單位長度電容量增加近一個(gè)量級，是造成線路兩側(cè)功率因數(shù)出現(xiàn)差異的主要原因[5-6]。

1 計(jì)算分析驗(yàn)證

供電公司變電站側(cè)關(guān)口點(diǎn)電參數(shù)向量圖如圖1（a）所示；用戶側(cè)電參數(shù)向量圖如圖1（b）所示。

圖1 用戶側(cè)一次主接線圖

通過比較關(guān)口點(diǎn)與用戶側(cè)電參數(shù)向量圖，可以看出，二者的相位角相差了46°。

用戶變電站一次主接線圖如圖2所示。

圖2 用戶側(cè)一次主接線圖

關(guān)口點(diǎn)功率因數(shù)過低，而用戶側(cè)功率因數(shù)是合格的，那么造成功率因數(shù)差別的主要原因應(yīng)該在關(guān)口點(diǎn)到用戶的110 kV線路上了。

1.1 線路容性無功計(jì)算

供電公司變電站與用戶變電站的110 kV 電力線由7.3 km 架空線和3.0 km 電纜線構(gòu)成，其構(gòu)成示意圖如圖3所示。

圖3 110 kV電力線構(gòu)成示意圖

線路電纜線和架空線的相關(guān)參數(shù)信息如表1所示。

表1 線路參數(shù)信息

線路電壓等級為110 kV，考慮到實(shí)際線路起始端電壓比線路電壓高10%，因此計(jì)算線路的平均電為，得到線路對地總電容為：Cline=(0.417×10-6+0.077×10-6)F=0.494×10-6F。

計(jì)算線路的無功如下：

1）架空線路無功

對地電流：Icjk=UωCjk=1.6131A

無功功率：Qcjk=UIcjk=107.57 kvar

2）電纜線路無功

對地電流：Icjk=UωCjk=18.735 9 A

無功功率：Qcjk=UIcjk=582.54 kvar

3）線路總無功

對地電流：Ic=Idl+Idl=10.349 A

單相無功：Qc=Qcdl+Qcjk=690.11kvar

三相總無功：Q3c=3Q3c=207 0.3kvar=2.07 Mvar

1.2 線路無功計(jì)算驗(yàn)證

假如用戶變電站主變高壓側(cè)斷路器斷開，此時(shí)供電公司變電站側(cè)計(jì)量點(diǎn)負(fù)荷為線路阻抗，線路運(yùn)行示意圖如圖4所示。

圖4 線路運(yùn)行示意圖

當(dāng)用戶側(cè)變電站主變高壓側(cè)斷路器斷開時(shí)，兩組不同時(shí)間的供電公司側(cè)變電站的無功功率值，如圖5、圖6所示。

圖5 關(guān)口點(diǎn)第一次測得的線路無功功率曲線圖

圖6 關(guān)口點(diǎn)第二次測得線路無功功率曲線圖

由圖5 和圖6 可以看出，線路無功功率的測量值為2.06 MVar，與理論計(jì)算值2.07 MVar 基本一致，可以驗(yàn)證線路無功計(jì)算的正確。

2 應(yīng)對策略

2.1 線路容性無功的補(bǔ)償方案

依據(jù)電工學(xué)基本原理，容性無功應(yīng)采用感性無功進(jìn)行補(bǔ)償，電力系統(tǒng)中通常采用電抗器消納容性無功。為節(jié)能降耗簡化流程針對無功電能電力系統(tǒng)中通常采用就地補(bǔ)償原則。

了解到用戶側(cè)方面，為了補(bǔ)償因?yàn)楦邏弘娎|對無功計(jì)量所造成的線路容性無功功率，在用戶主變低壓側(cè)裝設(shè)兩臺容量為1 000 kVar 的電抗器對線路容性無功進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償示意圖如圖7所示。

圖7 用戶側(cè)無功補(bǔ)償示意圖

據(jù)了解用戶每天凌晨1 點(diǎn)到6 點(diǎn)負(fù)荷小，關(guān)口點(diǎn)負(fù)荷主要為線路無功負(fù)荷，分析電抗器投運(yùn)前后線路無功的大小可判斷補(bǔ)償效果。

通過對比補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前后線路無功曲線圖，如圖8、圖9 所示。可以看出裝設(shè)補(bǔ)償電抗器之后線路容性無功得到補(bǔ)償。

圖8 補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前線路無功功率曲線圖

圖9 補(bǔ)償電抗器投運(yùn)后線路無功曲線

2.2 補(bǔ)償電抗器帶來的經(jīng)濟(jì)效益

由表2 可以看出，補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前每月增加電費(fèi)20 萬元左右，補(bǔ)償電抗器投運(yùn)之后，用戶平均每月可以減少1 萬左右的電費(fèi)，因此補(bǔ)償電抗器的投運(yùn)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。

表2 補(bǔ)償電抗器投運(yùn)前后電費(fèi)比對表

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》第七條，即對于大量采用10 kV～220 kV 電纜線路的城市電網(wǎng)，在新建110 kV 及以上電壓等級的變電站時(shí)，應(yīng)根據(jù)電纜進(jìn)、出線情況在相關(guān)電壓側(cè)分散配置適當(dāng)容量的感性無功補(bǔ)償裝置。

3 結(jié)語

1）隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，將會(huì)有越來越多的高壓電纜被應(yīng)用，高壓電纜高于架空線一個(gè)數(shù)量級的對地容性電流，架空線的無功一般可以忽略，而高壓電纜的無功必須予以重視。

2）高壓電纜容性無功是造成關(guān)口點(diǎn)側(cè)功率因數(shù)過低，并呈電容性，與用戶側(cè)功率因數(shù)相差懸殊的主要原因。

3）對于高壓電纜容性無功電能，一是可以設(shè)置無功補(bǔ)償裝置，通過文中的分析也確定了可行性。