王卓勇，石 晔

（衡水供电公司，河北 衡水 053000）

无功功率在电力系统中是影响电能功率因数的主要部分，无功功率的大小直接影响电压质量.当无功功率不足时，电网电压将降低；当无功功率过剩时，电网电压必将上升.电压水平的高低会影响电网的供电质量，也会影响各类用电设备的安全运行.另外，在电能输送过程中大量无功功率的存在，必将影响电网对电能的输送能力，增大线路的电能损耗，同时还会降低各级变压器的负载能力.因此，无功功率的测量在电力生产、输送、消费过程中的管理是非常有必要的.目前，我国无功功率的测量是用来考核电力系统对无功功率平衡的调节状况，并没有把无功功率的消耗纳入收费计量的范畴，这对无功功率的调节和控制管理非常不利.通过对电力用户消耗的无功功率收费，可以加强电力用户对无功补偿设备的管理，这对节能减排意义重大.

1 功率因数及无功补偿基本状况

1.1 功率因数的计算方法及基本要求

目前，我国无功功率测量的主要目的是用来考核电力系统对无功功率平衡的调节状况以及通过对用户消耗的有功电能WP和无功电能Wq的测量，考核负载的平均功率因数，即

根据2009年国家电网生[2009]133号文件《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》第十七条对工业电力用户的电压质量和无功电力管理的要求：

（1） 工业电力用户装设的无功补偿装置应根据其负荷和电压变动及时调整无功功率.

（2） 工业电力用户功率因数应达到：

1） 35 kV及以上供电的工业电力用户，在主变最大负荷时，其一次侧功率因数应不低于0.95，在任何情况下不应向电网倒送无功.

2） 100 kV·A及以上10 kV供电的工业电力用户，其功率因数宜达到0.95以上.

3） 其他工业电力用户，其功率因数宜达到0.90以上.

1.2 衡水电网无功补偿分析

按照目前执行的《用户功率因数调整电费办法》，实质上就造成在大负荷时主电力网功率因数要保持0.95以上，就要不得不对工业电力用户送出大量无功电力.对用户送出大量无功电力的结果：首先是要对主网变电站增加无功补偿设备的容量，实质上是增加了无意义的投资.其次是大量无功电力在电网上流动，增加了电能损耗.这种情况对整个电力网经济运行来说，就势必增加大量电能损耗和不必要的一次设备投资费用.

从另一个方面来讲，也违背了工业电力用户就地无功补偿的基本意义.工业电力用户就地无功补偿的目的就是要防止大量无功负荷在电力网上流动，提高工业电力用户自身的用电质量和力率.

从衡水电网 2011年 4月进入春季大负荷以后的实际运行情况进行分析就可以看出，工业电力用户无功补偿对电网运行的重要影响.2011年4月春季大负荷以来，出现了衡水电网有史以来的最大负荷1 143.0 MW，220 kV电网主变压器总容量是1 620 MV·A，所有220 kV主变压器几乎都接近满载运行.对电压无功补偿工作有所了解的电力工作人员都会知道，主变压器在满载时消耗的无功电力是最多的，各 220 kV变电站都配置了大量的无功补偿容量，完全满足主变压器消耗无功电力的需求.但一些 220 kV变电站的主变压器一次侧功率因数仍不满足要求值.其主要原因是工业电力用户无功补偿不合理造成的.

以35 kV变电站无功补偿最能说明用户无功补偿容量不足对电网的影响.安平县供电局35 kV严疃变电站的负荷运行情况分析，该站主变总容量为18 000 kV·A，无功补偿电容器组容量是一组5 000 kV·A的集合电容器和4 000 kV·A的10 kV线路出口补偿容量（4组电容器组分别设置在变电站内10 kV出线架构上）合计9 000 kV·A的无功补偿容量，补偿度达到50 %.这样的补偿既是对设备的浪费，又增加了10 kV线路的损耗.

从当时功率因数情况分析，有功为15 000 kW，无功为8 600 kV·A，功率因数仅为0.87，按当时的负荷情况，如果35 kV严疃变电站的功率因数要达到有关规定要求的0.95，在投入9 000 kV·A无功容量的情况下，还需再增加 3 600 kV·A电容器组的无功容量才能满足要求.大量的无功缺额来自工业电力用户，致使该站进行不合理无功补偿的情况下，功率因数仍不能满足要求.

通过对工业电力用户的无功补偿情况调查发现存在如下问题:

1） 有些工业电力用户设法逃避装设无功补偿设备.根据有关要求100 kV·A及以上的变压器必须要安装无功补偿设备，而用户为了减少无功补偿设备这部分投资金，就用几台80 kV·A或50 kV·A小容量变压器组合来达到自己用电的需量要求.

2） 有些工业电力用户虽然是安装了电容器组，却从来就没有投运过.电容器一直处于停滞状态，即投了资又没有起到应有的效果.

3） 有些工业电力用户的无功补偿设备虽然有人管，但是在无功补偿装置发生故障后，对故障电容器组等无功补偿设备从来不进行检修，导致补偿度下降.

4） 更为重要的是绝大多数工业电力用户对无功补偿的基本意义和作用不了解，认为无功补偿设备是消耗电能的设备，从心里上抵触无功补偿设备的投入运行.实际上无功补偿设备在运行过程中自己并不消耗电能，它在半周期的时间里将储存的磁场（或电场）能量送给电源，与电源进行能量交换.

如果要改变以上工业电力用户的无功补偿问题很困难.电力公司对工业电力用户没有隶属关系，更没有执法权.所以对工业电力用户的无功补偿管理形同虚设.因此，无功功率收费办法是解决工业电力用户的无功补偿问题的最有效措施.功率因数达不到相关要求是要付出经济代价的，通过无功功率收费的经济账，让工业电力用户主动解决自己无功补偿问题，确保功率因数保持在较好水平.

2 无功功率收费的具体措施

2.1 无功功率计量起始值

谈及无功功率收费问题，首先要确定无功功率计量起始值的问题.计量起始值应根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》有关条款以功率因数 0.95为基准.在正常负荷期间，工业电力用户功率因数高于 0.95时，从电网吸收的无功功率部分不进行计费.当工业电力用户负荷功率因数低于 0.95时，以0.95减去实际负荷时的功率因数的差值部分进行累计计量消耗的无功功率数值，并以此进行收费.在轻载负荷时，要严防工业电力用户负荷功率因数高于 0.95，而无功功率处在向电网倒送的这一情况.为防止无功功率倒送，应根据倒送无功功率情况制定相应处罚规定.

2.2 无功功率计量实现条件

随着微电子技术的发展和数字信号处理技术的进步，四象限无功分析为无功功率的精确测量和计量方式升级提供了技术条件，使无功功率的测量技术和收费管理方法能有效结合在一起.因此将功率因数考核变为无功功率收费，迫使电力用户付出经济代价，以达到治理工业电力用户功率因数低，而无功补偿不合理的目的.

目前，使用全电子式电能表就能测量四象限无功功率.在第一象限，输入有功功率P，输入无功功率Q，电力用户为阻感性负荷，即坐标系的右上角，有功是正的，无功也是正的，说明其通过电网向电力用户提供有功和无功；在第二象限，输出有功功率 P，输入无功功率 Q，电力用户负荷相当于欠励磁发电机，即坐标系的左上角，有功是负的，无功是正的，说明其向电网提供有功，而从电网取用无功；在第三象限，输出有功功率 P，输出无功功率 Q，用户负荷相当于过励磁发电机.即坐标系的左下角，有功是负的，无功也是负的，说明其向电网提供有功和无功；在第四象限，输入有功功率P，输出无功功率Q，用户为阻容性负荷，即坐标系的右下角，有功是正的无功也是负的，说明其向电网提供无功，而从电网取用有功；从四象限的几种情况就可以清晰地分辨出工业电力用户在电网吸收或向电网发出的无功功率情况.当然如果真正实现无功功率计费，在技术角度上，全电子式电能表还要增加功率因数的判据模块及判定后进行计费的无功功率的累加模块.同时，无功功率的准确度也要符合收费计量的有关要求，并应有有关行政管理部门出台相关政策，确保计量的公正合理.

3 结论

无功功率收费纳入正轨收费范围后，对于电力系统来说，工业电力用户的电压无功管理工作中的许多难解问题，就可以很自然地解决.电力工业用户的用电量占总用电量的 70 %以上，按 2010年中国全社会用电量4.19万亿kW·h计算，其用电量达到2.92万亿kW·h.电力工业用户的功率因数由0.9（很多电力工业用户的功率因数运行在 0.9以下）提高到 0.95，每年可节约电量 0.146万亿 kW·h，相当于 2010年三峡电站完成发电量843.7 亿 kW·h的近 2倍.相信人们对于三峡电站建设所动用的人力、物力、财力以及社会力量有所了解.而通过无功功率收费这一约束机制用很小的投资就相当于建设了两座三峡电站的发电量，起到了四两拨千斤的功效.如果是火力发电厂发出1 460亿kW·h的电量，按每300 g标准煤发一度电计算，将烧掉0.438亿吨煤.烧掉 0.438亿吨煤产生的环境污染是非常巨大的.所以希望有关行政管理部门对无功功率收费问题引起足够的重视，早日实现无功功率收费，对于节能减排将具有巨大深远的意义.