配電用戶功率因數調整電費的研究

摘 要： 高效、節能、降耗、減負是電力領域的永恒話題。本文主要研究目前在用電環節方面的用戶側無功負荷管理存在的問題。大工業及普通工商業電力用戶是地區電能消費的主力，所消費的電能，包含有功電能及很多普通人不了解的無功電能。筆者通過長期的配電管理工作及配電技術改造工作，結合對某地區用戶月度功率因數的數據分析，從用電環節的角度，發現并總結出在現有《功率因數調整電費辦法》框架下，用戶長期有大額功率因數調整電費支出的問題，并提出相應的解決方法——用戶側無功負荷管理服務。

關鍵詞：用戶側無功負荷管理服務;電力經濟;功率因數;功率因數調整電費;無功補償

1 引 言

工業是立國之本，強國之基。新中國成立70年來，中國工業面貌發生了翻天覆地的變化。70年來我國工業增加值增長超970倍，形成了獨立完整的現代工業體系。到目前為止，是全世界唯一擁有聯合國產業分類中所列全部工業門類的國家。而支持這一偉大成就的背后，是遍布全國各地大大小小的工廠企業，以及這些企業都離不開的生產要素——電能。

說到電能的使用，就繞不開無功電能，無功補償，功率因數，功率因數調整電費。無功補償，即無功功率補償，在電力供電配電系統中，起到提高系統功率因數，提高供電效率的作用。合理管理及運用無功補償裝置，可最大限度的降低供電系統傳送電能的損耗，提高供電效率，減少電壓壓降，改善電能質量等。按照電力系統無功功率分級補償，就地平衡，避免大量無功功率長距離傳輸的原則，現今在電力系統的發電、輸電、變電、配電環節，無功管理及無功技術應用已經十分規范、合理、先進。對于用戶側無功負荷管理，我國電力部門自1983年開始執行《功率因數調整電費辦法》（以下統一簡稱“《辦法》”）。該《辦法》的主要精神為考核用戶的月度功率因數達標情況，通過增收或減免部分調整電費的經濟方法，鼓勵用戶自覺促成月度功率因數達標。而且《辦法》的增收或減免部分調整電費，是增收的比例高，減免的比例少，而且減免有一個上限。所以依據《辦法》的精神，配電用戶月度功率因數達標是最基本要求，達到最高獎勵標準應該是對用戶、對配電系統、對全社會最優最高效最節能最省錢的要求。

本文就現有《辦法》框架下，實際運行出現的用戶長期普遍功率因數不及格，長期出現大額功率因數調整電費支出問題進行研究與討論。筆者曾經在工作過的地級市作過不完全統計，即2015年的前4個月數據，該地級市配電用戶月均功率因數不及格用戶比例約30%，統計全區域月均總的功率因數調整電費支出合計976萬元，推算一年累計功率因數調整電費支出合計高達約1億元。如有條件作進一步統計及擴大統計范圍，則該數額更大。但筆者保守估計，如果管理措施得當及合理的改造投入，全社會可減少一半以上的功率因數調整電費支出或負擔，實現高效用電，減輕用電企業負擔。

2現狀的無功管理

無功管理是通過制定科學的技術規范、合理采取技術措施、先進的管理方法來實現發電、輸電、變電、配電、用電全過程的無功負荷管理，實現發電、輸電、變電、配電、用電的高效、節能、降耗、減負的目標。現有的無功負荷管理，做得很好的是發、輸、變、配電側的無功負荷管理，而用電/用戶側無功負荷管理不夠完善。

2.1 用戶側無功負荷管理及用戶電費構成

關于用戶側無功負荷管理，目前國際上主要采用兩種方法：一是月度功率因數考核;二是通過無功定價對用戶無功電能消耗量或無功負荷容量來核算。我國目前采取的是第一種方法。

根據《辦法》要求，符合管理要求的電力用戶，月度電費的構成主要由基本電費、電度電費及功率因數調整電費三部分構成。其中前兩部分是用戶正常應該支付的電費費用，第三部分則根據用戶月度功率因數考核達標與否計算需要增收或返還電費。可以通過以下的等式簡單理解用戶月度電費構成。

電費=基本電費+電度電費+功率因數調整電費

其中“基本電費”又叫容量/需量費，按用戶實際變壓器安裝容量/需量計算;“電度電費”，按用戶每月實際消費的有功電量計算;“功率因數調整電費”，是根據用戶每月實際的月度功率因數合格與否來計算需要增收或返還電費。如果月度功率因數合格，則用戶可以獲得一定比例的電費返還，俗稱“無功獎勵”;如果月度功率因數不合格，則用戶需要增加支出一定比例的功率因數調整電費支出，俗稱“無功罰款”;如果月度功率因數剛好達標，則不獎不罰。具體用戶想了解自身每月月度功率因數是否達標，有否獎罰，可查看相應月份的《電費通知單》里“調整電費”一欄。費用數值為“正值”，則表示該月需要多支出該金額的調整電費;費用數值為“0”，則表示剛好達標，不獎不罰;費用數值為“負值”，則表示該月可以獲得該金額的調整電費獎勵返還。

2.2 用戶側無功負荷管理技術規范要求

目前用戶側的無功負荷管理技術規范，主要依據為電力部門發布的相關規程，如南方電網發布的《10kV及以下業擴受電工程典型設計技術導則》（以下統一簡稱“《導則》”）里面“8.3無功補償”章節。通常電力設計、電力施工、電力管理部門均依據該《導則》進行用戶配電設計、設備技術選型、設備管理。該《導則》關于無功補償技術方面的規定主要有兩點：一是無功功率補償配置原則，二是無功功率補償容量。具體詳見《導則》第8.3無功補償的章節原文。

2.3 用戶側無功負荷管理要求的用戶教育

《供用電合同》條款規定，在用戶申請用電時供、用電雙方簽訂的《供用電合同》，里面均明確“無功補償”“無功補償考核”等條款，以明確告知供、用電雙方，尤其是用電方，必須充分熟悉無功補償的作用，以及無功補償考核的方法及電費的構成與計算方法。同時也有合同條款說明，用戶應配備相應數量具備從業資格的進網作業電工或委托具備相應資格的代維保養公司來管理電房配電設備。

2.4 智能電能表的普及應用

目前國內智能電能表已經完全普及，用戶可以自行實時查看自身用電的瞬時功率因數及當月累計的有功電量與無功電量。如果具備一定的電學知識，則可以通過簡單計算得出當月到查詢時的累計月度功率因數值，從而預測判斷到月末系統月度功率因數合格的可能性。

2.5 電力物聯技術的廣泛應用

電力部門的相關物聯網管理系統已經廣泛應用于日常工作及管理，結合智能電能表，可以通過相關的無線通訊網絡及物聯平臺，實時收集、記錄及分析管理用戶的智能電能表數據。為高效管理數量龐大的用戶數據提供措施上的便利。

2.6 低壓無功補償設備產品技術發展

隨著10kV及以上無功補償技術及設備的發展，也推動了低壓配電無功補償技術應用的發展。目前新建的配電項目主要無功補償設備應用，已經由原來的普通靜態無功補償，逐步發展為動態無功補償及其他多種先進的無功補償及電能質量治理設備。

3 一個典型無功受罰改造案例及分析

3.1 案例項目簡介

某無功管理的一個大工業電力用戶，變壓器安裝容量1600kVA，是一家老牌大型家用電風扇制造企業。在2007年8月的一次偶然的工作機會，了解到該廠有月度功率因數不及格，有大額的功率因數調整電費支出情況，特進行現場勘察了解情況，并在2007年底進行第一次無功補償優化技術改造，改造后功率因數提升回0.95。后因為該案例比較有典型性，筆者還進行了長期的效果跟蹤。到2018年，發現系統月度功率因數開始有下降的趨勢，并最終在2018年11月出現月度功率因數不及格，0.88，出現功率因數調整電費支出。隨即進行第二次無功補償優化技術改造，再次把月度功率因數提升回0.95。

事后通過模擬對比分析計算，無論第一次還是第二次無功補償優化技術改造，其直接經濟效益都十分明顯，通常是改造后不到一年，即可通過減少的月度功率因數調整電費回收無功補償優化技術改造的投資費用。

當然，用戶側的無功補償優化改造，對供電系統也有減少無功傳輸引起的電能損耗、減少供電系統的設備損耗、減少供電系統的設備投資、提高供電系統供電能力等一系列的經濟效益，本文不做展開討論。

3.2 案例初步診斷

在2007年底，經現場查看補償設備運行情況發現其配電房的原配接觸器投切純電容補償設備基本損壞失效，現場有曾經維修更換過個別電容器或接觸器的情況，但總體無功補償設備基本上是沒有無功電流輸出的。用戶電工反饋，記憶原配無功補償設備損壞失效情況已經持續好長一段時間，自己曾嘗試維修更換過一些元器件，但效果不是很理想，覺得反正沒有補償設備投入，其他配電設備也能正常運行，最后也不了了之，至于有功率調整電費支出情況，因不了解電費的構成，另外該企業的電費是由另一個部門負責支付，電工僅僅負責管理配電設備，所以信息零散，管理盲區，導則無人關注功率因數不及格會導則產生功率因數調整電費支出的問題。

為此，向該用戶收集了改造前一年的月度用電數據，進行數據分析。即2006年9月～2007年8月連續12個月的電費數據，詳細見表1所示。

通過分析表1數據，可以看到，該用戶最近一年的平均月度功率因數為0.81 ;平均月有功用電766647kWh;平均月功率因數調整電費支出24946元，合計一年功率因數調整電費支出高達30萬元。

3.3 無功補償優化技術改造

經過現場勘察結合用電數據分析，最終發現造成長期大額無功受罰的主要原因僅僅是因為配電房無功補償設備損壞失效后，無人跟進后續管理維修維護。筆者隨后向用戶提出進行無功補償優化技術改造建議，后用戶采納建議，投資約20萬元重新改造配置了960kvar容量的無功補償及消諧裝置即解決了功率因數不及格問題。

表2所示，為該案例第一次無功補償優化技術改造后一年，即2007年12月～2008年11月連續12個月的用電數據表。從表2數據分析可以看到，改造后平均月度功率因數提升到0.95 ;平均月用電720740 kWh（改造前后有功電量變化不大）;平均月度無功電量消費則明顯大幅度減少，同比月少消費322940kvarh;平均月功率因數調整電費-3874元（負號表示電費獎勵返還）。即第一次無功補償優化技術改造后，在基本用電狀況大致相同情況下，同比改造前每月在沒有24946元功率因數調整電費支出的基礎上，再獲得功率因數調整電費獎勵返還3875元。一支出一返還，兩者相抵差值約3萬元每月，合計同比年減少電費支出約36萬元。

3.4 無功補償優化技術改造效果跟進

經過持續10年以上的效果跟進，最近10年該用戶企業的基本用電情況，是隨市場情況變化，產能逐漸下降，以及部分高能耗生產工藝外包。此后月用電量逐漸隨產能的下降而減少，由原來2007年，2008年月用電70多萬kWh，到2018年的月用電18萬kWh。期間無功補償設備的整體無功電流輸出隨著補償設備的投入使用時間增加而逐漸有所衰減，到后期也出現有小量支路完全失效情況。但在2018年以前，用戶的月度功率因數基本穩定保持在0.95。

3.5 無功補償優化技術改造再修復

到2018年開始，該用戶出現月度功率因數下降的趨勢。月度功率因數開始從0.95的水平逐漸下降到2018年10月份的0.9的水平，甚至到2018年11月出現功率因數不及格0.88，產生1965元的功率因數調整電費支出。詳見表3所示。

當用戶再次出現系統月度功率因數不及格情況，發生大額功率因數調整電費支出時，因為用戶已經充分認識到無功補償的作用，且已經建立了無功管理機制。因此，很快即再次修復無功補償設備，以恢復適配的無功補償水平，避免長期不及格問題的存在。

第二次無功補償優化技術改造大約花費3萬元，對原有無功補償及消諧裝置予以檢查大修，主要是更換了部分已經失效的電容及其他失效的電氣元器件，這樣用戶配電系統很快又恢復了正常無功補償水平。詳見表4所示。

3.6 該用戶無功補償優化技術改造經濟效益分析

通過該案例，下面分析一下提高配電系統無功補償水平對用戶的經濟效益。本案例，提高無功補償水平后對用戶有一項十分重大的直接經濟效益成果——同比節省大量功率因數調整電費支出。這正好體現了《辦法》對用戶的功率因數考核約束和激勵的最直觀效果。

粗略計算，從2007年底完成的第一次無功補償優化技術改造，到2018年底的第二次無功補償優化技術改造修復，11年間，該無功補償優化技術改造一共為用戶同比節省功率因數調整電費支出約240萬元。而該無功補償優化技術改造投資約為20萬元。大約7個月即回收技術改造投資，改造效益也是十分明顯。

第二次修復，可以認為是再次進行一次無功補償優化技術改造，同時又是一個無功改造案例。同樣我們計算一下技術改造經濟效益。改造前的2018年11月，用戶月度功率因數0.88，功率因數調整電費支出1956元。改造后，連續5個月的月均功率因數0.94，月均獲得功率因數調整電費獎勵返還892元。支出返還兩者相抵等于2848元，即第二次改造后同比改造前，在用電情況變化不大的情況下，同比一個月節省功率因數調整電費支出2848元。而本次無功補償優化技術改造投入費用約為3萬元，大約10個月即回收技術改造投資，改造效益也是十分明顯。

通過上述一個典型用戶的無功補償優化改造案例全過程的描述與經濟效果分析，我們可以看到，無功管理對用戶高效，節能，降耗，減負的用電有極其大的作用。最關鍵的是用戶了解無功補償的作用，當功率因數下降或出現不及格時能及時作出響應與治理。

4 某區域一個月的力率調整電費支出統計

對某區域進行過某年1月～4月用戶用電數據統計分析。該區域某年連續4個月動態用戶數是22019戶，統計因月度功率因數不及格而需要產生功率因數調整電費支出戶數月均為6682戶，月均比例30%，統計全區域月均總的功率因數調整電費支出合計976萬元，推算一年累計功率因數調整電費支出合計約1億元。詳見表5所示。

結合筆者在此前較長一段時間一直從事用戶配電技術改造工作，現場勘察治理了一定數量的功率因數不及格用戶案例，期間也多次統計分析類似數據，均有大致類似的情況。該區域每年用戶數據均有一定的增長，但功率因數不及格用戶數比例大致保持20%～30%左右。如果統計對象推廣到全省或者全國，則用戶年度功率因數調整電費支出總數值更高，相信將會是數以億計算。而通常功率因數不及格的用戶中，保守估計大約50%以上的用戶，是可以通過采取適配的、經濟合理的無功管理措施來減少或避免功率因數不及格而產生功率因數調整電費支出的。

對于用戶側無功管理，我們有《功率因數調整電費辦法》政策層面的約束與激勵;有相關的《10kV及以下業擴受電工程典型設計技術導則》予以技術層面的指導;有相關的《供用電合同》條款予以明晰及市場用戶教育;有相關的專業電工或代維管理機構予以實操保障。但為何實際用戶還長期出現接近30%比例的功率因數不及格情況，長期出現大額功率因數調整電費支出情況而得不到很好的改善情況？如何做才能獲得供、用電雙方及社會都有利的高效，節能，降耗，減負用電結果呢？

其實，除了現在運行的用戶側無功管理以外，從用戶角度看，影響用戶功率因數不達標的主要原因有計量方式、用電量、用電是否較平穩、生產的變更、補償設備是否合理、補償設備損壞后是否盡快修復、用戶對無功補償的認知及對無功補償優化技術改造的信任等多方面原因，而且通常是上述某一因素或多個因素共同作用導致的，盡管其表現都為功率因數不及格，但成因卻是多方面的，動態的、分散的、不確定的。具體筆者在此前發表的相關技術論文《陶瓷企業應重視無功補償的節能技術》一文中曾予以闡述，在此不再展開。

這其中最關鍵的是用戶，尤其是用戶的決策人對無功補償作用的認知和對無功補償優化技術改造的了解、信任。但用戶往往對無功補償作用普遍是認識不足，對需要一定專業技術的無功補償優化技術改造更是不了解，更難以信任。于是就不難理解為什么有上述無功補償優化技術改造的案例，區域長期有大量功率因數不及格用戶，長期有大額功率因數調整電費支出存在的情況。

5 改善用戶功率因數不及格的方法——用戶側無功負荷管理服務

誠然，現行的1983版《功率因數調整電費辦法》自發布時至今年2021年，已經接近運行了30年。不可否認，該《功率因數調整電費辦法》的確存在一些需要與時俱進的改善，但筆者認為從實際運行效果來分析，比改善或變革《辦法》政策層面來得更有效的解決方法——就是做好“最后一公里”的服務，提出進一步延伸和完善“用戶側無功負荷管理服務”。其延伸和完善的核心內容是“服務”兩個字，通過專業服務，才能從本質上解決問題，才能更好的為廣大用戶減少或避免長期出現功率因數不及格情況，減少或避免長期發生大額功率因數調整電費支出情況。

電力管理部門應完善用戶側無功管理職責，把所管轄地區用戶功率因數及格率作為一定的用戶優質服務工作考核指標。配置相應的專崗，對用戶側無功情況進行管理。

因為用戶數量眾多，地理分布廣，通常一個區域就有數以萬計的用戶，各用戶功率因數合格與否是動態的，有一定的未知性，這無法通過有限的人力來實時管理用戶無功情況。有文獻提出利用現場管理系統對用戶的用電情況進行監測，對用戶的功率因數情況進行監控和預警，并對監測不及格用戶進行短信通知。

的確可以利用目前智能電能表普及應用及相關電力物聯管理系統為基礎，進一步開發用戶月度功率因數不及格預警功能模塊，通過現場的智能電表實時收集用戶的用電數據，給電力物聯管理系統賦予專門的月度功率因數預測和分析的算法，利用電腦服務器強大的運算功能，進行用戶月度功率因數預測計算，并定時生產報表，并短信通知用戶。但不僅僅止步于有報表，有短信通知。

電力物聯管理系統可以很方便的為用戶側無功管理人員提供基礎數據支持，起到快速聚焦功率因數不及格群體。

最后應設計好相應的工作機制和服務流程，對發生用戶功率因數不及格時，由專業的技術人員為用戶進行有針對性的無功補償優化技術改造服務。

通過前述一整套專業服務流程，可以幫助廣大用戶減少或避免出現長期功率因數調整電費支出情況，減少用戶群月度功率因數不及格比例。

6? 結語

為減少配電用戶整體月度功率因數不及格比例，整體提升配電用戶月度功率因數水平，合理減少或避免配電用戶長期大額功率因數調整電費支出的負擔，充分實現《辦法》的管理思想，獲得全社會高效，節能，降耗，減負的用電效果。應加強用戶側無功負荷管理，目前的《功率因數調整電費辦法》有一定的合理性、先進性及可操作性。目前的用戶側無功負荷管理也相對較完善，技術措施也得當。但應進一步完善后續的用戶側無功負荷管理服務，通過延伸和完善現有的用戶側無功負荷管理服務，來充分實現目前已有《功率因數調整電費辦法》對用戶經濟高效用電約束與激勵。

隨著電力工業及工商業的發展，用戶側無功負荷管理的研究和實踐也在不斷的變化，管理政策、規范、技術等當然也需要與時俱進。我們應在做好現有《功率因數調整電費辦法》的框架下的管理與服務的同時，再不斷進一步的探索思考，研究新的《功率因數調整電費辦法》來適應未來電力工業及廣大工商業的發展。

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Study on Power Factor Adjustment Tariff of Distribution User

MA Han-zhang

（Guangzhou Weibang Special Vehicles Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510425， China）

Abstract： High efficiency， energy saving， consumption reduction and burden reduction are the eternal topics in the field of electric power. This paper mainly studies the problems of reactive power load management on the user side in the current power consumption link. Large industrial and general industrial and commercial power users are the main consumers of electricity in the region.It contains active energy and reactive energy that many ordinary people do not understand. Through long-term distribution management work and distribution technology transformation work， combined with the analysis of monthly power factor data of users in a certain area， from the perspective of power consumption links， the author finds and summarizes that under the framework of the existing "Power Factor Adjustment Tariff Method" .The problems existing in the user's reactive power compensation are analyzed， and the corresponding solutions are put forward， that is， the user's reactive load management service.

Keywords：? user side reactive load management service; Power economy; Power factor; Power factor adjustment tariff; Reactive Power Compensation