高压电缆对电能计量的影响分析及应对策略

靳绍平，李 俊，蔡艳霞 ,袁 昕 ,温洪波

（1.江西软件职业技术大学，江西南昌 330041；2.国网江西省电力有限公司供电服务管理中心，江西南昌 330032）

0 引言

电能不能大量储存，发电、输电、变配电、用电同时进行，用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电能质量有着重要的影响。用户的功率因数保持均衡对保证供用电双方利益和提高社会的经济效益有着重要意义。依据《供电营业规则》第四十一条无功电力应就地平衡的规定，100 kVA及以上高压供电用户的功率因数应在0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数应在0.85以上。按照《功率因数调整电费办法》计算电费时，根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整表”的规定增减电费[1-3]。

据悉，某110 kV电力用户（以下简称用户）电力线路改造后，在功率因数动态补偿装置正常投运状态下，其电费因功率因数过低导致功率因数调整电费平均每月增加20余万元。对于这种情况，专业人员对关口点和用户侧进行调研、数据收集。现场调研数据显示：供电公司侧功率因数过低，而用户侧功率因数合格。线路两侧电能计量装置得到的功率因数差异大，按用户侧电能计量装置结算电费，不仅不用多交电费，而且可以得到电费奖励。

对线路两侧功率因数出现较大差异情况作进一步分析研究，发现电力线路改造后线路中的一段改造成高压电缆，而高压电缆与普通架空线相比其单位长度电容量增加近一个量级，是造成线路两侧功率因数出现差异的主要原因[5-6]。

1 计算分析验证

供电公司变电站侧关口点电参数向量图如图1（a）所示；用户侧电参数向量图如图1（b）所示。

图1 用户侧一次主接线图

通过比较关口点与用户侧电参数向量图，可以看出，二者的相位角相差了46°。

用户变电站一次主接线图如图2所示。

图2 用户侧一次主接线图

关口点功率因数过低，而用户侧功率因数是合格的，那么造成功率因数差别的主要原因应该在关口点到用户的110 kV线路上了。

1.1 线路容性无功计算

供电公司变电站与用户变电站的110 kV 电力线由7.3 km 架空线和3.0 km 电缆线构成，其构成示意图如图3所示。

图3 110 kV电力线构成示意图

线路电缆线和架空线的相关参数信息如表1所示。

表1 线路参数信息

线路电压等级为110 kV，考虑到实际线路起始端电压比线路电压高10%，因此计算线路的平均电为，得到线路对地总电容为：Cline=(0.417×10-6+0.077×10-6)F=0.494×10-6F。

计算线路的无功如下：

1）架空线路无功

对地电流：Icjk=UωCjk=1.6131A

无功功率：Qcjk=UIcjk=107.57 kvar

2）电缆线路无功

对地电流：Icjk=UωCjk=18.735 9 A

无功功率：Qcjk=UIcjk=582.54 kvar

3）线路总无功

对地电流：Ic=Idl+Idl=10.349 A

单相无功：Qc=Qcdl+Qcjk=690.11kvar

三相总无功：Q3c=3Q3c=207 0.3kvar=2.07 Mvar

1.2 线路无功计算验证

假如用户变电站主变高压侧断路器断开，此时供电公司变电站侧计量点负荷为线路阻抗，线路运行示意图如图4所示。

图4 线路运行示意图

当用户侧变电站主变高压侧断路器断开时，两组不同时间的供电公司侧变电站的无功功率值，如图5、图6所示。

图5 关口点第一次测得的线路无功功率曲线图

图6 关口点第二次测得线路无功功率曲线图

由图5 和图6 可以看出，线路无功功率的测量值为2.06 MVar，与理论计算值2.07 MVar 基本一致，可以验证线路无功计算的正确。

2 应对策略

2.1 线路容性无功的补偿方案

依据电工学基本原理，容性无功应采用感性无功进行补偿，电力系统中通常采用电抗器消纳容性无功。为节能降耗简化流程针对无功电能电力系统中通常采用就地补偿原则。

了解到用户侧方面，为了补偿因为高压电缆对无功计量所造成的线路容性无功功率，在用户主变低压侧装设两台容量为1 000 kVar 的电抗器对线路容性无功进行补偿，补偿示意图如图7所示。

图7 用户侧无功补偿示意图

据了解用户每天凌晨1 点到6 点负荷小，关口点负荷主要为线路无功负荷，分析电抗器投运前后线路无功的大小可判断补偿效果。

通过对比补偿电抗器投运前后线路无功曲线图，如图8、图9 所示。可以看出装设补偿电抗器之后线路容性无功得到补偿。

图8 补偿电抗器投运前线路无功功率曲线图

图9 补偿电抗器投运后线路无功曲线

2.2 补偿电抗器带来的经济效益

由表2 可以看出，补偿电抗器投运前每月增加电费20 万元左右，补偿电抗器投运之后，用户平均每月可以减少1 万左右的电费，因此补偿电抗器的投运所带来的经济效益是可观的。

表2 补偿电抗器投运前后电费比对表

根据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》第七条，即对于大量采用10 kV～220 kV 电缆线路的城市电网，在新建110 kV 及以上电压等级的变电站时，应根据电缆进、出线情况在相关电压侧分散配置适当容量的感性无功补偿装置。

3 结语

1）随着城市化进程的不断推进，将会有越来越多的高压电缆被应用，高压电缆高于架空线一个数量级的对地容性电流，架空线的无功一般可以忽略，而高压电缆的无功必须予以重视。

2）高压电缆容性无功是造成关口点侧功率因数过低，并呈电容性，与用户侧功率因数相差悬殊的主要原因。

3）对于高压电缆容性无功电能，一是可以设置无功补偿装置，通过文中的分析也确定了可行性。