知识点：线路充电功率 1 存在的问题 2020年3月，我公司收到供电公司开具的2月份（抄表时间01-19~02-18）电费模拟发票，显示当月供电公司增收力调电费60余万元。当月工厂总有功电量8?860 MWh，总无功电量8?720 MVarh，功率因数0.71，功率因数大大低于供电合同要求的0.9的标准值，增收了9.5%的力调电费。
知识点：线路充电功率
2020年3月，我公司收到供电公司开具的2月份（抄表时间01-19~02-18）电费模拟发票，显示当月供电公司增收力调电费60余万元。当月工厂总有功电量8?860 MWh，总无功电量8?720 MVarh，功率因数0.71，功率因数大大低于供电合同要求的0.9的标准值，增收了9.5%的力调电费。
按照国家电网电费计算规则，以功率因数0.9为标准值的力调电费调整标准见表1。
表1 以0.9为标准值的功率因数调整电费
注：功率因数自0.64及以下，每降0.01，电费增加2%
公司随即针对功率因数异常降低的现象展开了相关调查。因春节停机和新冠疫情的影响，2月份总停机时间较长，总的用电量与正常生产时有较大的减少，仅为8?860 MWh。调查显示，工厂内部计量的有功电量与供电公司抄表电量相差无几，无功电量为2?652 MVarh，大大低于供电公司的无功抄表电量，同时工厂内部功率因数为0.95，也与供电公司功率因数值相距甚远，而电费结算是以供电公司关口结算表为准。
为确认无功电量巨大差值的准确性，公司与供电公司再次检查供电公司关口结算表，确认了结算数据是准确的。在与供电公司交流时得知，其他高压用电企业也出现了与我公司类似的情形，并谈及线路充电功率可能对功率因数的影响。鉴于此，我们做了进一步的分析计算，找出了关口结算表无功电量远大于工厂无功电量的原因。
我公司供电线路电压为220 kV，双回路供电，由于规划的要求，线路是架空和电缆混合线路，架空线合计长度Lx=36 km，电缆合计长度LL= 5.18 km，供电线路如图1所示。
图1 供电线路示意
2.1 功率因数核算
供电线路架空线为LGJ-300/25，单导线，经查阅《电力系统设计手册》，220 kV架空线单导线线路充电功率qx约为0.14 MVar/km；电缆型号为YJLW03-Z 127/220 kV 1×500，查电缆参数电容为C=0.123 μF/km，线路平均电压Up=230 kV，电缆每公里电抗XL =1/（ωC）=1/（2πfC）=1/（2×3.14×50×0.123×10-6）=25?892 Ω，单位电缆充电功率qL = Up2/XL=2.04 MVar/km，当月运行时间t=744 h，计算如下：
（1）架空线充电功率为：Qx= qx×Lx=5.04 MVar，当月发出的无功电量为：Erx=Qx×t=3?749 MVarh。
（2）电缆充电功率为QL= qL×LL=10.56 MVar，当月发出的无功电量为：ErL=QL×t=7?856 MVarh。
（3）线路充电发出的总无功电量：Er= Erx+ ErL=11?605 MVarh。
（4）当月工厂消耗无功电能为2?652 MVarh，因此，反送回电网的总无功电量为：11?605-2?652=8?953 MVarh。
（5）总的功率因数为：cos（tan-1（8?953/8?860））=0.703，得到与供电公司相近的结果。
2.2 分析
正常生产时公司每月平均用电量在34?000 MWh左右，功率因数平均控制在0.94，平均无功电量约为12?340 MVarh，这些感性无功电量与供电线路充电的容性无功电量基本持平，供电公司关口结算表功率因数约为1。按力调电费计算规则，功率因数在0.95以上时，力调电费减收率为0.75%，供电公司每月可减收电费10余万元（即工厂节省电费）。而在2月份总有功用电量仅为8?860 MWh，功率因数降为0.71，力调电费增收率为9.5%，增收60余万元，对当月总电费影响非常明显。
计算表明，线路发出的无功电量是相当可观的，需要工厂消耗足够无功电量与之平衡，使功率因数达到供电合同要求的0.9，否则会出现力调电费的增加。在工厂总用电量需求一定的情况下，如图2和图3所示，为达到关口表功率因数为0.9的平衡点，需控制内部功率因数，即控制补偿电容的投入量。
（1）如果当月预估总用电量在14?000 MWh以上时，内部功率因数可按正常要求投切补偿电容，内部功率因数为0.9~0.95；
（2）如果当月总用电量仅能达到9?700 MWh，内部电容补偿需全部切除，包括高压电动机的就地补偿电容，以增加无功电量的消耗，这时工厂内部的功率因数基本处于电动机自然功率因数状态，即0.82左右。
（3）如果当月总用电量小于9?700 MWh，工厂内部已失去调节能力，关口表的功率因数无法达到0.9的要求目标。
图2 用电量14?000 MW，工厂内部功率因数按0.95控制
3.1 安装并联电抗器
对工厂供电线路充电功率较大的情况，最直接的解决办法就是在总降压站增设并联电抗器，以感性负荷平衡线路的容性充电负荷，可达到调节无功功率和线路电压的作用。根据《电力系统设计手册》有关分层无功平衡的原则，电抗器补偿容量Qkb可按下式确定：
式中：
B——补偿系数，取0.9以上。
220 kV总降压站两台变压器当前运行方式为110 kV并列运行，10 kV分列运行。两段10 kV母线上各接出3回6 MVar电容补偿，每段共18 MVar，在实际运行中不需要投入全部电容补偿。
电抗器接入点可考虑在变压器10 kV侧，可在10 kV Ⅰ段、10 kV Ⅱ段各改建一个在用的电容补偿间隔，两个间隔机械互锁，拟将原971开关和976开关改为并联电抗器使用；电抗器选用干式，容量按8 MVar考虑，如选用型号为BKGKL-8000/10 kV的电抗器，接入方式如图4所示。
加入电抗器后，可以根据用电负荷情况，灵活投、退补偿装置。负荷最大时投入部分电容补偿，负荷较小时投入电抗器平衡线路无功功率，可得到较好的控制效果，保证工厂用电量大范围变化时，功率因数都能达到或接近1。同时车间级的就地补偿不需干预，自动运行，使各级线损达到最优。无功负荷平衡见表2。
上述草案工厂需要进一步讨论后决定是否实施，包括电抗器布置位置、总投资、EVA等相关情况。
3.2 运行管理
在总降运行管理上下功夫，做好动态管理。掌握工厂生产动态和当月的用电计划，跟踪每日有功和无功用电量，以及月度内的累计量，及时调整系统功率因数，退出部分和全部电容补偿。3月份工厂用电量仍然较低，从月初开始，采取先后退出变电站各侧到设备侧补偿电容的方式运行，全月增加无功电量2?410 MVarh，使无功电量得到一定量的平衡，线路发出反送电网的容性无功电量降低到6?296 MVarh。最终达成了当月的功率因数不低于0.9的目标，与2月份对比见表3。
3.3 政策支持
公司及时与供电公司沟通，希望得到政策支持，减免由此带来的力调电费。2020年新冠疫情使2月停机时间显著增长，用电负荷大幅度减少，无功消耗已不能平衡线路无功。在此特殊情况下，公司多次与供电公司联系，申请减免当月力调电费，目前该申请已得到国家政策支持。
目前国内大中型水泥企业的装机容量较大，多在几十至一百兆瓦左右，供电电压高，电压等级多为110 kV及以上，供电线路充电功率的影响比较明显，尤其是带有电缆的混合供电线路，线路充电功率更大。在月度用电量低时无功电量消耗不足，线路充电无功电量反送电网过多，可能引起功率因数偏低，带来力调电费的增支。
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