降低牵引供电力调电费

降低牵引供电力调电费1前言

功率因数的产生是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率建立变化的电磁场，从而建立电压，传递和转换有功功率。功率因数即系统的有功功率与视在功率矢量夹角的余弦值，它是电力系统一项极为重要经济技术指标。供电公司收取牵引供电力调电费时，以0.90为功率因数考核标准，当实际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当月电费后，再按照“功率因数调整电费表”所规定的百分数增减电费，即力调电费。2一、小组成员概况表

（表1，***.2010年2月）课题名称降低牵引供电力调电费小组名称***供电段业务科QC小组小组类型攻关型成立时间2009年1月本次课题活动时间2009年01月至2010年3月成员姓名性别年龄职务文化程度组内分工***男36副段长大本顾问***男42科长大专组长***男52副科长大专副组长***男41工程师大专组员***女36工程师大本组员接受教育情况平均接受QC培训60课时小组活动情况每周二、四上午活动3小时3二、选题理由段要求节支降耗，提高电气化铁路运行经济性牵引供电电费现状牵引供电电费由电度电费、还贷电费、基本电费、力调电费四部分组成，其中电度电费、还贷电费是由线路上机车负荷大小决定的，基本电费由牵引变压器的容量决定的，以上三部分电费都是不可调控的。力调电费是供电公司根据牵引变运行功率因数的高低而收取的。可采取相应措施将降低力调电费。选择课题降低牵引供电力调电费存在问题由08年季度力调电费图表可看出牵引供电力调电费支出较大（图1）4三、现状分析

牵引变08年第4季度力调电费支出表

（表2，***.2009年4月30日）牵引变名称10月份11月份12月份平均功率因数力调电费（万元）平均功率因数力调电费（万元）平均功率因数力调电费（万元）安丘牵引变0.6411.000.6510.120.6410.03青州北牵引变0.7012.320.5913.040.6512.98青西牵引变0.699.870.6710.540.6414.31····························合计0.7476.650.7378.610.7578.29可以看出牵引供电力调电费支出较大的原因是功率因数偏低。5四、目标可行性分析1、目标值设定：平均功率因数由约0.75提高到0.90，力调电费由每月80万元左右降到10万元。2、目标可行性研究

(1)京沪线、胶济线运行初期，机车负荷较小，线路空载、欠载现象严重，目前随着线路上开行的电力机车和动车组对数的增多，牵引供电系统负荷率、容量利用率都有相应的提高。（2）电气化铁路运行初期功率因数低、谐波分量大的交直型电力机车较多，随着线路上功率因数高、谐波分量小的交直交型电力机车和动车组的增多，牵引供电系统功率因数也将提高。（3）小组成员多年从事电力供电专业工作，对牵引供电系统的运行及其特性也有较深入的研究，对电费的组成及核算方式掌握较透彻，具备课题攻关的能力。3、结论：小组有能力实现“力调电费由每月80万元降到10万元，平均功率因数由约0.75提高到0.90。”的目标。6五、原因分析：

针对功率因数偏低这个问题，我们召集小组成员进行了细致的原因分析。（图2）7六、要因验证：序号末端因素确认内容确认方法标准确认人完成日期1人员培训不够，功率因数指标含义及运算掌握不准确牵引变值班人员是否经过相关技能配训并取得资格A、查看值班人员受教育档案及合格证书B、现场考察值班人员业务能力牵引变值班人员必须持证上岗并熟悉相关业务规程王作胜2月20日2工作责任心不强，抄表有误抄、漏抄现象牵引变值班人员责任心是否得到认同A、向工区、班组调查了解B、现场抽查计量台帐值班人员需具备工作责任心孙燕京2月24日1、通过现场调查和认真讨论进行了分析如下：

（表3，***.2009年4月30日）8

续表3，***.2009年4月30日序号末端因素确认内容确认方法标准确认人完成日期3单相牵引负荷在电力系统中引起的负序分量突出单相牵引负荷在接入电力系统中是否会产生大量的负序分量研究查阅电气化铁道牵引供电运行特性及技术参数资料国家标准《电能质量三相电压允许不平衡度》（GB/T15543-1995)***3月2日4机车负荷非线性，谐波含量大单相大功率整流机车负荷是否会产生大量的谐波研究查阅电气化铁道牵引供电运行特性及技术参国家标准《电能质量公用电网谐波》（GB/T14595-93)***3月3日9

续表3，***.2009年4月30日序号末端因素确认内容确认方法标准确认人完成日期5机车负荷波动性冲击性较大，交直型机车功率因数偏低是否功率因数偏低查阅电力机车牵引原理及运行参数车上应安装功率因数校正装置PFC孙金锁3月8日6牵引供电电压超出规定范围供电电压是否较稳定现场检测电压偏差应在一定允许的范围内王作胜3月12日10续表3，***.2009年4月30日序号末端因素确认内容确认方法标准确认人完成日期7牵引变压器安装容量不合理牵引变压器容量是否合理京沪、胶济线电气化改造工程可研性报告牵引变压器容量应与线路近远期运量相匹配。孙燕京3月15日8牵引变高压供电线路物理特性影响系统无功（高压线路既有充电功率产生无功功率又消耗无功功率牵引变高压供电线路特性是否影响系统无功查阅高压输电系统特性资料尽量减少线路无功传输保证电力系统无功平衡***3月16日9牵引变高压供电线路较长牵引变高压供电线路是否普遍较长，从而增大线路无功电量联系供电公司确认合理设计牵引变外部电源供电方案，尽量减少线路无功对系统的干扰王作胜3月18日112、要因确认过程程确认一：值班人人员培训不够，，功率因数指标标含义及运算掌掌握不准确2月20日王作胜抽查京京沪、胶济线张张夏、晏北、平平原、韩庄、兖兖北、界河、王王村、潍西、青青西牵引变值班班人员共36人，均参加过统统一组织的专业业技能培训并取取得合格证书，，且现场考查值值班人员均能掌掌握相关业务知知识。确认结果：值班班人员培训考核核达标，胜任此此项工作。结论：非要因确认二：工作责责任心不强，抄抄表有误抄、漏漏抄现象2月24日小组成员孙燕燕京现场向抽查查牵引变车间支支部、工区班组组长了解值班人人员情况，36人中党员5人，团员20人，班组骨干10人，以上这些人人员具有较强的的工作责任心。。确认结果：值班班人员责任心较较强，能够按规规程操作。结论：非要因12确认三：单相牵牵引负荷在电力力系统中引起的的负序分量突出出3月2日***研究查查阅电气化铁道道牵引供电运行行特性及技术参参数资料，电气气化铁道单相负负荷接入三相电电力系统产生的的负序电流产生生的危害，主要要是造成发电机机转子附加发热热，加速材料老老化，缩短其工工作寿命，严重重时也将导致故故障。目前电气气化区段的牵引引变电所实行换换相连接，进入入电力系统的负负序电流大大减减小。确认结果：单相相牵引负荷在电电力系统中引起起的负序电流不不会影响供电系系统功率因数。。结论：非要因确认四：机车负负荷非线性，谐谐波含量大3月3日研究查查阅电气化铁道道牵引供电运行行特性及技术参参数资料，韶山山系列交直型电电力机车负荷采采用相控晶闸管管整流电路，负负荷谐波含量大大，相位广泛分分布且高压渗透透性强。对电力力系统发电机的的负序承受能力力有影响。确认结果：机车车负荷非线性，，谐波含量大但但不会影响供电电系统功率因数数结论：非要因确认五：机车负负荷波动性冲击击性较大，交直直型机车功率因因数偏低3月8日孙金锁研究究查阅电力机车车牵引原理及运运行参数资料，，电力机车负荷荷因铁路运输的的特点而具有较较强的冲击性、、波动性和随机机性，当前所采采用的电力机车车SS4牵引货运，SS9和SS7E牵引客运机车，，采用的交直传传动方式，相控控整流电路，电电力机车的理论论自然功率因数数为0.82-0.84，实际运行功率率只有0.78。，电力机车车负荷是牵引供供电系统最主要要的感性无功负负荷，需要消耗耗无功功率即从从电网吸收无功功功率。确认结果：交直型机车功率因数偏偏低结论：要因13确认六：：供电电电压超出出规定范范围当供电电电压高于于额定值值25千伏的10%时，由于于磁路饱饱和的影影响，无无功功率率将增长长得很快快，当供供电电压压低于额额定值时时，无功功功率也也相应减减少而使使它们的的功率因因数有所所提高。。但供电电电压降降低会影影响电气气设备的的正常工工作。所所以，应应当采取取措施使使电力系系统的供供电电压压尽可能能保持稳稳定。3月12日王佐胜胜去张夏夏、郭店店、平原原、淄博博牵引变变电所现现场查阅阅电源进进线侧电电压及馈馈线电压压记录，，发现供供电线路路电压较较稳定，，偏差在在一定的的允许范范围内。。确认结果果：供电电电压未未超出规规定范围围结论：非要因确认七：：牵引变变压器安安装容量量不合理理变压器消消耗无功功的主要要成分是是它的空空载无功功功率，，它与变变压器的的容量有有关，随随变压器器容量的的增大而而增大。。提高变变压器的的功率因因数就必必须降低低变压器器的无功功损耗，，避免变变压器空空载运行行或长期期处于低低负载运运行状态态。3月15日孙燕京京查阅京京沪、胶胶济线电电气化改改造工程程可研性性报告，，京沪、、胶济线线变压器器容量是是按照开开行近期期运量选选择，并并按远期期运量需需要预留留基础容容量。电电气化铁铁路运行行初期，，线路机机车较少少，变压压器空载载、低负负载运行行现象相相对突出出，随着着线路上上电力机机车的增增多，目目前此问问题得到到了缓解解、解决决。确认结果果：牵引引变压器器安装容容量合理理结论：非非要因14确认八：：牵引变变高压供供电线路路物理特特性影响响系统无无功3月16日***查阅高高压输变变电系统统特性资资料，牵牵引变电电所由两两路独立立的高压压（110kv或220kv）输电线线供电，，运行中中的高压压输电线线路既是是无功电电源（产产生无功功功率即即充电功功率，在在线路电电压较稳稳定时，，线路充充电功率率基本上上恒定，，只与线线径、电电压等级级有关））也是无无功负荷荷（吸收收无功功功率，与与线路电电流有关关，随线线路电流流的变化化而变化化）。架架空线产产生或吸吸收无功功功率取取决于负负荷电流流的大小小，当线线路负荷荷低于波波阻抗功功率（当当线路发发出无功功恰好等等于其消消耗无功功时的传传输功率率，称为为线路的的波阻抗抗功率））时，线线路产生生无功功功率，当当线路负负荷高于于波阻抗抗功率时时，线路路吸收无无功功率率。电缆缆（菏泽泽牵引变变进线电电源）由由于对地地电容较较大，因因此具有有较高的的波阻抗抗功率，，通常工工作在低低于波阻阻抗功率率，因而而在所有有运行条条件下总总产生无无功功率率。牵引变备备用电源源（架空空线路））因未带带负载运运行，因因此线路路负荷远远远低于于波阻抗抗功率，，线路吸吸收的无无功功率率（记为为感性正正向无功功功率））极少或或为零，，线路产产生的无无功功率率（记为为容性反反向无功功功率））远远大大于线路路吸收的的无功功功率。牵引变主主供电源源（架空空线）带带感性机机车负荷荷运行，，运行初初期线路路机车负负荷较小小，负荷荷电流也也较小，，因此线线路产生生的无功功功率（（计为容容性反向向无功功功率）大大于机车车负荷与与线路吸吸收无功功功率的的总和（（计为感感性正向向无功功功率），，此时牵牵引供电电系统无无功过剩剩，表现现为向上上一级电电网倒送送无功功功率。随随着线路路机车负负荷的增增大，机机车负荷荷吸收的的无功功功率也增增大，同同时随着着线路负负荷电流流的不断断增大，，线路吸吸收的无无功功率率也逐步步增大，，当机车车负荷达达到一定定的运量量后，机机车和线线路吸收收无功功功率的总总和（感感性正向向无功功功率）大大于线路路产生的的无功功功率（计计为容性性反向无无功功率率），此此时牵引引供电系系统无功功不足，，需向上上一级电电网吸收收无功功功率。确认结果果：牵引引变高压压供电线线路物理理特性（（既是无无功电源源又是无无功负荷荷）影响响系统无无功结论：要要因15确认九：：牵引变高高压供电电线路较较长，备备供空载载供电线线路产生生大量的的反向无无功3月18日王作胜胜去泰安安、德州州供电公公司测量量统计磁磁窑、晏晏北牵引引变空载载电源线线路产生生的有功功、无功功电量及及对应的的电源架架空线长长度。（表4***.2009年4月30日）牵引变名称备供电源线名称时间（年月）有功电量（kwh）正向无功电量(kvarh)反向无功电量(kvarh)线路长度（公里）晏北牵引变

晏铁1线

2008、113200264000202008、266002283602008、36600254760磁窑牵引变

汶前1线

2008、106600307560242008、2079202943602008、301320310200由此可看看出，空空载线路路吸收无无功功率率（正向向无功功功率）极极少，产产生的无无功功率率（反向向无功功功率）相相对较大大，因供供电电源源线路较较长，故故在一个个月内产产生的反反向无功功较多。。确认结果果：牵引引变高压压供电线线路较长长，备供供空载供供电线路路产生大大量的反反向无功功结论：要要因163、要因确确认结果果：通过以上上要因确确认，我我们得出出了三条条主要原原因分别别是：1、机车负荷荷波动性性冲击性性较大，，交直型型机车功率率因数偏偏低。2、牵引变高高压供电电线路物物理特性性（既是是无功电电源又是是无功负负荷）影影响系统统无功。。3、牵引变高高压供电电线路较较长，备备供供电电线路产产生大量量的反向向无功。17七、对策策：针对以上上要因我我们制定定了对策策序号要因对策目标方案措施负责人地点完成日期1备用电源线路产生大量的反向无功规范牵引变运行方式，实行有计划的倒切电源投用时间较短的电源回路无功成分在供电系统中占的比例较大，功率因数明显偏低于在一个抄表周期内完全由一路电源供电的电源回路。尽量降低电源线路无功电量对供电系统的影响。

在一个抄表周期内不宜频繁切换电源，设备周期性检修或其它需改变电源运行方式时，倒切电源日期尽量与供电公司抄表日期一致孙金锁孙燕京牵引变电所2009年4月2采用分线计量功率因数法简单的将两回路电量叠加求出的平均功率因数远远低于供电系统在线运行数值，使力调电费大大增加。

实现能较真实地反映牵引供电质量状况①每条电源线路分别计算功率因数②基本电费只作为主供电源线路力调电费的计算依据孙金锁孙燕京牵引变电所2009年4月对策表（表5***.2009年4月30日）18对策表表（续表5，***.2009年12月）序号要因对策目标方案措施负责人地点完成日期31、机车负荷波动性冲击性较大，交直型机车功率因数偏低。2、牵引变高压供电线路物理特性（既是无功电源又是无功负荷）影响系统无功采用固定电容补偿装置随着线路交直型电力机车的增多，达到一定的运量，供电系统会产生较大的感性无功功率即需要向电网吸收大量的无功，为使无功就地平衡，，需要投入电容使其产生的容性无功功率中和系统产生的感性无功功率，从而提高功率因数目前京沪和胶济线采用的均是高压直挂固定不可调的电容补偿方式（FC）根据对牵引变电所运行数据的分析，计算确定较为合理的补偿容量QC=P()=P·qc采取分组或全部电容投入。孙金锁济西牵引变2009年4月4采用无功自动补偿装置（1）冲击性、波动性比较大的机车负荷产生的感性动态无功功率波动频繁、急剧、幅值很大，因此补偿反应迅速，调节性能好，明显改善电网运行性能。采用固定电容补偿远远不能满足要求，（2）当线路交直型电力机车较少时，供电系统会产生较大的容性无功功率，此时需要投入电抗器补偿感性无功功率，因此补偿范围要大，能实现从感性到容性的变化。机务处、路局科研所，济局供电段共同研制安装了磁控式无功动态补偿装置海庄牵引变2009年12月19八、实施施及效果果检查实施一：：实行有有计划的的倒切电电源，牵牵引变电电所电源源的倒切切时间宜宜与供电电公司抄抄表时间间一致1、联系供供电公司司，确认认供电公公司抄表表时间，，报监管管办及上上级主管管部门。。2、提报电电源倒切切计划时时，倒切切时间尽尽量与供供电公司司抄表时时间一致致。3、联系供供电公司司记录下下倒电源源时两路路电源计计量表的的表码。。4、与未按按计划倒倒切电源源时产生生的力调调电费进进行对比比计算分分析。牵引变名称电源线路名称电源运行方式改变抄表时间未按计划倒切电源按计划倒切电源节省力调电费（元）倒切时间功率因数功率因数调整电费（元）功率因数功率因数调整电费（元）安丘埠铁2线埠铁2线切换到埠铁1线05月18日05月11日0.7685822.750.8257314.64158809.03埠铁1线0.41130300.92界河滨河线由滨河线切换到北河线05月22日05月21日0.96-19660.650.97-20123.2267689.95北河线0.1867227.38沧口虎铁乙线虎铁甲线切换到虎铁乙线05月29日05月19日0.7654008.060.900159375.35虎铁甲线0.54105367.29牵引变采采用计划划倒切电电源功率率因数比比较表（表6***.2009年6月30日）效果检查查：实施施计划倒倒切电源源后，减减少了供供电损耗耗，提高高了设备备利用率率，降低低了电费费的支出出。20实施二：：采用分线线计量功功率因数数法分别计算算牵引变变电所两两条电源源进线的的功率因因数及力力调电费费供电公司司传统的的平均功功率因数数及功率率因数调调整电费费计算法法：假若若以A1、A2分别代表表某牵引引变电所所两路电电源月有有功电量量（kwh），B1、B2分别代表表月无功功电量（（kvarh），则此此牵引变变的平均均功率因因数为cosΦΦ=cos（arctan（（A1+A2）/（B1+B2））），，查“功功率因数数调整电电费表””得到其其对应的的增减电电费调整整率λ，如果有有功电价价为k（元/kwh），牵引引变基本本电费为为G，则该牵牵引变当当月的功功率因数数调整电电费为W=（A1k+A2k+G）λ。分线计量量功率因因数及功功率因数数调整电电费计算算法:真实反映映牵引供供电系统统的供电电质量，，分线计计量主、、备供电电源线路路功率因因数，分分别计算算主、备备供电源源线路功功率因数数调整电电费。与与电网须须做到就就地无功功补偿的的要求相相一致。。具体计计算方法法如下：：①每条条电源线线路分别别计算功功率因数数以A1、A2分别代表表某牵引引变电所所主供、、备供电电源线路路月有功功电量（（kwh），B1、B2分别代表表对应的的月无功功电量（（kvarh），则此此牵引变变主、备备电源功功率因数数分别为为cosΦΦ1=cos（arctan（A1/B1））、cosΦΦ2=cos（arctan（A2/B2）），查查“功率率因数调调整电费费表”得得到其对对应的增增减电费费调整率率λ1、λ2。②基本本电费只只作为主主供电源源线路功功率因数数调整电电费的计计算依据据如果有功功电价为为k（元/kwh），牵引引变基本本电费为为G，则主供供电源线线路功率率因数调调整电费费W1’=（A1k+G）λ1，备供电电源线路路功率因因数调整整电费W2’=A2kλ2,此牵引变变电所功功率因数数调整电电费W’=W1’’+W2’=（A1k+G）λ1+A2kλ221效果检查查：供电电公司执执行了改改进后的的分线计计量功率率因数调调整电费费法，大大幅度提提高了主主供电源源功率因因数。牵引变名称电源线路有功电量(kwh)无功电量(kvarh)平均功率因数调整电费分线计量功率因数调整电费功率因数调整电费节支（元）功率因数力调电费(元)功率因数力调电费（元）沧口主供8619607458000.67145654.49

0.7654008.0591646.44

备供4791607563600.54青州北主供5728805233790.60261300.57

0.7480789.81180510.76

备供02388570海庄主供7458005676000.67124131.26

0.8042309.0581822.21备供39602823600.01青西主供12276008091600.68155354.76

0.8343260.11112094.65

备供050600002009年6月采用分分线计量量法前后后力调电电费比较较表（表7***.2009年7月30日）22实施三：：采用固固定电容容补偿装装置1、小组成成员根据据线路运运行情况况，协助助监管办办分析计计算出需需要补偿偿的电容容容量。。2、协助助监管管办及及上级级主管管部门门对牵牵引变变电所所电容容补偿偿装置置部分分或全全部投投入。。3、连续续观察察投入入电容容后牵牵引变变功率率因数数的变变化情情况，，与投投电容容前牵牵引变变功率率因数数进行行对比比分析析。电容是否补偿时间有功电量(kwh)无功电量(kvarh)功率因数力调电费（元）节省力调电费（元）电容补偿前2009年5月607728043250000.81185228.71123485.81电容补偿后607728034280000.8761742.90济西牵牵引变变固定定电容容补偿偿前后后力调调电费费比较较表（表8***.2009年10月20日）效果检检查：：采用用固定定电容容补偿偿后，，功率率因数数明显显改善善。23实施四四：采采用无无功自自动补补偿装装置1、根据据线路路运行行情况况，投投入动动态补补偿，，跟踪踪电网网无功功及谐谐波波波动状状况，，在线线实时时自动动控制制补偿偿量，，保证证供电电质量量。2、连续续观察察投入入电容容后牵牵引变变功率率因数数的变变化情情况，，与投投电容容前牵牵引变变功率率因数数进行行对比比分析析。电容是否补偿时间有功电量(kwh)无功电量(kvarh)功率因数力调电费（元）节省力调电费（元）电容补偿前2010年2月166681712300000.8077716.4382379.41电容补偿后16668176969600.92-4662.98海庄牵牵引变变无功功自动动补偿偿前后后力调调电费费比较较表（表9***.2010年2月20日）效果检检查：：采用用无功功自动动补偿偿后，，功率率因数数明显显改善善。24九、效效益分分析