輕載條件下降低功率因數調整電費的途徑

摘要：線路處于輕載甚至空載運行狀態， 功率因數偏低，進而影響相當部分用電戶的電費。本文通過等效電路進行計算分析，提出提高輕載條件下線路功率因數的3條途徑，在理論上突破并聯補償電容的慣常思路。在考慮工程實施可行性、便利性后，建議應用并聯補償電容或引入調節電阻的做法。

關鍵詞：功率因數;電費;輕載;補償電容;調節電阻

1 引言

每年的春節假期前后，眾多的用電戶面臨一段較長時間的假期。期間線路特別是專用變壓器，處于輕載甚至空載運行狀態。部分專變用電戶雖然用電較少，但是可能電費減少不多，甚至比正常生產期間還多，造成了專變用電戶的困擾。此問題的原因很可能與輕載條件下線路功率因數偏低有關。

解決輕載條件下線路功率因數偏低問題慣常的做法是并聯補償電容進行無功補償。

無功補償對用電戶而言有著提高功率因數、增加線路傳輸容量、降低線損、穩定電壓等直接作用，是成熟有效的解決途徑，但這不是唯一的解決方案。

2功率因數與電費

專用變壓器的損耗包括有功損耗和無功損耗。在輕載甚至接近空載情況下，即負載的有功功率對無功功率小到可以忽略時，功率因數就只有0.3左右了。

一般情況下，大部分地區大工業專變用電戶的電費的構成為：總電費=基本電費+電度電費+功率因數調整電費+附加電費。

基本電費分為按變壓器容量或按最大需量兩種計算方式。在筆者所在的地區為23 元/kVA·月或32 元/kW·月，與用電戶實際用電量無關，可以由用電戶自行選擇。

電度電費=Σ時段電度電價×時段電度數，與用戶用電設備容量或合同最大需量無關。大工業專變用電戶的電度電價分峰平谷時段的電度電價。在筆者所在的地區峰、平、谷三個時段的電度電價分別為100.39分、60.84分、30.42分。

附加電費為政府規定的由供電部門征收的費用。在筆者所在的地區附加電費為可再生能源附加、重大水利工程建設基金、水庫移民后期扶持基金。

功率因數調整電費的部分是由于用電戶實際功率因數對比功率因數標準值引起的電費，執行水電財字[83]215號文中的《功率因數調整電費辦法》，如文中的表1所示。功率因數越低，線路及設備的利用率越低，線路功率損耗越大，供電質量也越差。

按表1，如果功率因數為0.3，那么當月功率因數調整電費=（基本電費+電度電費）×85%。以500kVA的大工業用電戶為例，這筆增加的月功率因數調整電費將會達到10 000元以上，從而造成了專變用電戶的困擾。所以解決輕載條件下的線路功率因數偏低問題具有普遍的實際意義。

3 等效電路分析

等效電路是將一個復雜的電路，通過電阻等效、電容等效，電源等效等方法，化簡成具有與原電路功能相同的簡單電路。等效電路是易于理解的一種電路分析手段。

3.1并聯補償電容

典型的用戶用電系統等效電路如圖1所示。變電所電源經線路電抗x1后將電能送到用戶的變壓器高壓側，變壓器低壓側接有負載ZL=rL+jωLL。增加并聯補償電容C后，變壓器低壓側功率因數為

在工程實踐中，并聯補償電容主要包括以下常用措施[3]：

（1）通過合理設計每步投切的電容容量，避免每步投切容量過大。

（2）優化功率因數控制器的功能設計，適應用戶的用電特點。現在功率因數控制器已能實現三相不對稱控制、控制策略多樣性等，而且向著更加智能化、網絡化方面發展[4]。

（3）優選電容器投切執行裝置，如晶閘管型、復合開關型等。

復合開關選用晶閘管開關和磁保持開關并聯運行，其在接通和斷開的瞬間通過可控硅過零投切，在正常接通期間通過磁保持開關工作，實現了電壓過零投入和電流過零切除。復合開關具有無沖擊、低功耗、高壽命等顯著優點。

（4）就地補償。

就地補償通常將低壓電容器組與用電設備并聯連接，通過控制、保護裝置與用電設備同時投切。就地補償用于補償電動機的無功消耗時，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制無功負荷，可減小配電線路的導線截面和配電變壓器的容量;可減少中壓網絡、配電變壓器、低壓配電線路的功率損耗;降低能耗效果好;可降低電動機的啟動電流。

3.2 調節電阻

上述的計算是在rL和LL一定的情況下，得出的結果。如果原來負載中LL不變，但rL分為固定電阻負載和調節電阻，即rL=+，同時投入固定容量的補償電容C，令，那么cosφLC=1。此時調節電阻

在實踐中，當變壓器輕載或完全切斷負載時，在變壓器二次側并上功率很小的大阻值電阻，電阻的功率為變壓器額定功率的千分之一數量級即可。

3.3可調電感的討論

應用上面調節電阻的推導思路，假設原來負載中rL不變，投入固定容量的補償電容C，分為固定電感負載、調節電感，同時增加了調節電感伴生的調節電阻，那么當然也可以進行計算，但實施起來不如調節電阻方便，所以本文暫不作深入討論。

4 結論

綜合上述等效電路分析，提高輕載條件下線路功率因數的途徑理論上有3條，但建議采取并聯補償電容的常規做法或采取引入調節電阻的做法。

參考文獻

[1] 邱關源.電路 [M] .北京：高等教育出版社，1999.

[2] 程漢湘.無功補償理論及其應用 [M] .北京：機械工業出版社，2016.

[3] 黃斌，呂飛鵬. 用戶低負荷狀況下無功補償問題探討 [J] .四川電力技術，2012，35（6）：11-13

[4] 李勇，程漢湘，方偉明，等. 無功補償裝置在電力系統中的應用綜述 [J] .廣東電力，2016， 29（6）：91

作者簡介：麥永升（1979-），男，工程師，主要從事電氣設備安裝、維護和工程管理。