铁路牵引变电所电费节支措施

俞益飞

0 引言

电气化铁路具有污染小、牵引动力大、运行成本低等优点，上海铁路局管内电气化铁路从2006年开始建设，至2011年运行线路已达3 800 km。而牵引所电费作为电气化铁道运营成本的主要支出项目也随之快速增长。通过对牵引所电费组成的分析，可变项目的探寻，找出节能办法，采取措施，达到节支节能、降耗减排的目的。

1 牵引所电费分析

1.1 牵引所电费组成

目前，铁路牵引所电费按物价部门制定的两部制大工业客户优惠电价计费。电费由基本电费、电度电费、功率因数调整电费、电铁还贷电费及附加电费组成。其中：基本电费=运行变压器容量×基本电费单价；电度电费=实际用电量×电度单价；功率因数调整电费根据国家《功率因数调整电费办法》规定，考核标准为0.9；电铁还贷电费=实际用电量×电铁还贷单价；附加电费=实际用电量×附加电价。

1.2 电费构成分析

对京沪线三界等6 个牵引所2007年度电费支出情况进行分析，见表1。

表1 2007年度某月京沪线三界等6 个牵引所电费构成分析表

从表1可见，占比最大的为电度电量电费，它随着运行电力机车数量的增加而增长，属于确定量；其次为基本电费，虽然在供用电合同订立后固定不变，但可以选择不同的计费方式，属于可变量；功率因数调整电费与功率因数成反比，也属于可变量；其他还贷电费和附加电费属于国家相关规定的费率，在电价政策调整前不变。从电费的组成可以看出，要降低电费的支出必须从可变量着手。

1.3 电费的可变量的分析

1.3.1 基本电费收取方法的分析

供用电合同规定：基本电费计费容量可选择变压器额定容量或最大需量方式计算。

（1）变压器额定容量方式计算：基本电费的计费容量就是变压器额定容量。需要用电人承诺在一个计费周期内只使用2 台变压器中的1 台，不能出现2 台同时运行的情况，否则按2 台变压器容量之和计算。

（2）最大需量方式计算：基本电费的计费容量按计费周期内电源线负荷的最大需量。最大需量是指连续15 min 稳定最大负荷记录作为实际负荷的最大值，在牵引所计量表上可以直接读取。当选择最大需量方式计算时，最大需量不得低于运行受电变压器总容量的40%，最大需量低于40%的按40%计算，超过申报的部分，基本电费加倍计算。

（3）2 种基本电费计费方式的比较。以三界牵引所某月电费为例，变压器额定容量为 50 000 kV·A，基本电费单价每月为30 元/ kV·A，读取的最大需量为19 723 kV·A，需量基本电费单价为每月40 元/kW。

按容量法计费基本电费：

S1= 50 000×30= 1 500 000（元）=150（万元）

按最大需量法计费基本电费：

供电公司核算最大需量

P= 50 000 × 40%= 20 000 kW·h ＞ 19 723 kW·h，取20 000 kW·h，

S2= 20 000×40= 800 000（元）= 80（万元）

节省电费：S3= S1- S2= 150 - 80= 70（万元），节约47%，换算为全年该所节省基本电费就达70×12= 840 万元。

2 种计费方式的平衡点应是S1= S2，则最大需量即当负荷的最大需量等于变压器额定容量的75%时，2 种缴费方式下的基本电费相等，75%为2 种方式盈亏的分界点，当最大需量小于变压器额定容量的75%时，按最大需量缴费的基本电费便宜，否则相反。由此可见，不同的负荷情况选择合适的计费方式可以最大程度地节约电费支出。

1.3.2 功率因数调整电费的分析

电气化铁路供电由于其单相供电的特殊性和电力机车大功率变流变频装置的使用，极易造成大量谐波和无功功率，增大电网压降和损耗，严重影响供电质量。供电公司从节约电能和改善电压质量等方面考虑，对用户用电功率因数进行规定：用户负荷在160 kV·A 以上，功率因数标准为0.9，当功率因数大于0.7 小于0.9 时，功率因数每降低0.01，电费增加0.5%，当功率因数大于0.9 时，其每升高0.01，电费减少0.15%，这种根据负荷功率因数的高低而增加或减少的电费为功率因数调整电费，简称力调电费。经统计2007年京沪线三界等6 个牵引所平均功率因数0.87，低于供电公司考核标准，每年的力调电费罚款达一百多万。所以牵引所功率因数的高低与力调电费支出成反比。

2 提高牵引所功率因数的措施

2.1 提高牵引所母线的功率因数

（1）为提高母线功率因数，牵引所一般设置可以分组投退电容器组的无功补偿装置，该装置补偿方式的优点在于建造费用低、运行和维护简单、运行可靠性较高。但缺点在于无法有效解决负荷剧烈变化下的轻载无功过补偿和重载无功欠补偿问题，调节不便，补偿的及时有效性不足。因此在无功反送正计的计量方式下，无功补偿分组投退电容器组补偿方式已无法满足对功率因数的实时调整要求。自动调节补偿容量的动态无功补偿（SVC、SVG）装置的推广应用，有效解决了负荷波动时自动调节无功补偿的容量，该装置不但能动态补偿无功功率，而且能吸收谐波电流，改善电压质量。

（2）将计费点由出线改进线计量。京沪线三界等6 个牵引所开通前与供电公司签订供用电合同时确定的计费点在供电公司的变电所馈出柜，但是产权分界点在110 kV 电源线路末端靠近牵引所围墙处，造成计费点与产权分界点不在同一地点，同时供电公司也不负担线路损耗的电量。国家《供电营业规则》规定：电费计量装置原则上安装在产权分界点，若两者不在同一点而产生损耗电量需由产权所有者负担。所以该种计量方法不合理，需要调整。

2.2 提高移动负荷的功率因数

在电网中，对无功最好的补偿是就地补偿，整个牵引供电系统中电力机车的牵引电机是末端的负载，若对电力机车产生的无功进行就地补偿，则对改善整个供电系统的功率因数效果最佳。韶山型电力机车采用交-直传动（交流供电转直流驱动）[1]，运行时实际功率因数低于0.9；CRH 动车组、HXD型电力机车采用交直交传动新技术，通过四象限变频器整流，可以调整输入功率因数，消除对电网的谐波污染；这种机车功率因数较高，高次谐波少，对电网污染小，功率因数通常能达到0.98 左右。较高功率因数电力机车的大量使用必然会提高电网的功率因数，所以高速铁路的牵引所设计就省去了无功补偿装置。

3 实际效果

（1）2011年底对京沪线三界等6 个牵引所调查，实际最大需量占变压器额定容量平均为38%，还不到供电公司规定的下限，这时选择最大需量法计算基本电费比较经济合理。经过与供电公司沟通协调，修改供用电合同，将基本电费调整为最大需量法计费。仅该项调整，6 个牵引所折算成每年节约基本电费4 000 多万元。截至2011年底，上海局管辖的牵引所达75 座之多，牵引所主变电费计算容量2 900 MV·A，若基本电费全部采用最大需量计费，年节约电费将高达数亿元之多。

（2）2007年京沪线三界等6 个牵引所月度平均功率因数只有0.87，全年力调电费罚款超过100万。铁路供电管理部门积极采取措施，及时加大对牵引所功率因数的动态管理，发现异常情况及时汇同技术、计量、财务部门组织分析，找到原因并采取针对性措施：对三界牵引所安装SVC 动态无功补偿装置；与供电公司沟通协调后调整6 个牵引所计费点，使计费点与产权分界点保持统一；大量使用功率因数较高的电力机车等。自此，牵引所母线的功率因数得到较大提高，2009年以来，京沪线三界等6 个牵引所平均功率因数一直保持在0.97以上，每年力调电费奖励超过100 万。2007—2011年6 个牵引所平均功率因数和力调电费统计见表2。

表2 2007—2011年6 个牵引所平均功率因数和 力调电费统计表

4 结语

随着电气化铁路运行线路的不断增加，电力机车运行数量的占比不断提高，电费也随着增长，为了减少电费支出，运营管理部门要善于分析，加强电费支出管理，计量与技术、财务等部门的密切联系，各级管理部门对电费数据的定期分析，发现异常及时处置，同时要随时关注国家电力主管部门、各级物价部门颁布的与电费计价相关规定的变化，加强研究分析，及时作出调整，创造一个人人关心节能减排的大环境，节约能源，节约成本。

[1]李群湛.高速铁路电气化工程[M].成都：西南交通大学出版社，2005.

[2]贺建闽.牵引变电所功率因数及其补偿措施研究[J].铁道学报，1997.