高壓電纜對電能計量的影響分析及應對策略

靳紹平，李 俊，蔡艷霞 ,袁 昕 ,溫洪波

（1.江西軟件職業技術大學，江西南昌 330041；2.國網江西省電力有限公司供電服務管理中心，江西南昌 330032）

0 引言

電能不能大量儲存，發電、輸電、變配電、用電同時進行，用戶用電功率因數的高低，對發、供、用電設備的充分利用，節約電能和改善電能質量有著重要的影響。用戶的功率因數保持均衡對保證供用電雙方利益和提高社會的經濟效益有著重要意義。依據《供電營業規則》第四十一條無功電力應就地平衡的規定，100 kVA及以上高壓供電用戶的功率因數應在0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉售電企業，功率因數應在0.85以上。按照《功率因數調整電費辦法》計算電費時，根據計算的功率因數，高于或低于規定標準時，在按照規定的電價計算出其當月電費后，再按照“功率因數調整表”的規定增減電費[1-3]。

據悉，某110 kV電力用戶（以下簡稱用戶）電力線路改造后，在功率因數動態補償裝置正常投運狀態下，其電費因功率因數過低導致功率因數調整電費平均每月增加20余萬元。對于這種情況，專業人員對關口點和用戶側進行調研、數據收集?，F場調研數據顯示：供電公司側功率因數過低，而用戶側功率因數合格。線路兩側電能計量裝置得到的功率因數差異大，按用戶側電能計量裝置結算電費，不僅不用多交電費，而且可以得到電費獎勵。

對線路兩側功率因數出現較大差異情況作進一步分析研究，發現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量級，是造成線路兩側功率因數出現差異的主要原因[5-6]。

1 計算分析驗證

供電公司變電站側關口點電參數向量圖如圖1（a）所示；用戶側電參數向量圖如圖1（b）所示。

圖1 用戶側一次主接線圖

通過比較關口點與用戶側電參數向量圖，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 用戶側一次主接線圖

關口點功率因數過低，而用戶側功率因數是合格的，那么造成功率因數差別的主要原因應該在關口點到用戶的110 kV線路上了。

1.1 線路容性無功計算

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 電纜線構成，其構成示意圖如圖3所示。

圖3 110 kV電力線構成示意圖

線路電纜線和架空線的相關參數信息如表1所示。

表1 線路參數信息

線路電壓等級為110 kV，考慮到實際線路起始端電壓比線路電壓高10%，因此計算線路的平均電為，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 線路無功計算驗證

假如用戶變電站主變高壓側斷路器斷開，此時供電公司變電站側計量點負荷為線路阻抗，線路運行示意圖如圖4所示。

圖4 線路運行示意圖

當用戶側變電站主變高壓側斷路器斷開時，兩組不同時間的供電公司側變電站的無功功率值，如圖5、圖6所示。

圖5 關口點第一次測得的線路無功功率曲線圖

圖6 關口點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，與理論計算值2.07 MVar 基本一致，可以驗證線路無功計算的正確。

2 應對策略

2.1 線路容性無功的補償方案

依據電工學基本原理，容性無功應采用感性無功進行補償，電力系統中通常采用電抗器消納容性無功。為節能降耗簡化流程針對無功電能電力系統中通常采用就地補償原則。

了解到用戶側方面，為了補償因為高壓電纜對無功計量所造成的線路容性無功功率，在用戶主變低壓側裝設兩臺容量為1 000 kVar 的電抗器對線路容性無功進行補償，補償示意圖如圖7所示。

圖7 用戶側無功補償示意圖

據了解用戶每天凌晨1 點到6 點負荷小，關口點負荷主要為線路無功負荷，分析電抗器投運前后線路無功的大小可判斷補償效果。

通過對比補償電抗器投運前后線路無功曲線圖，如圖8、圖9 所示。可以看出裝設補償電抗器之后線路容性無功得到補償。

圖8 補償電抗器投運前線路無功功率曲線圖

圖9 補償電抗器投運后線路無功曲線

2.2 補償電抗器帶來的經濟效益

由表2 可以看出，補償電抗器投運前每月增加電費20 萬元左右，補償電抗器投運之后，用戶平均每月可以減少1 萬左右的電費，因此補償電抗器的投運所帶來的經濟效益是可觀的。

表2 補償電抗器投運前后電費比對表

根據《國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》第七條，即對于大量采用10 kV～220 kV 電纜線路的城市電網，在新建110 kV 及以上電壓等級的變電站時，應根據電纜進、出線情況在相關電壓側分散配置適當容量的感性無功補償裝置。

3 結語

1）隨著城市化進程的不斷推進，將會有越來越多的高壓電纜被應用，高壓電纜高于架空線一個數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口點側功率因數過低，并呈電容性，與用戶側功率因數相差懸殊的主要原因。

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