电气化铁路牵引用电分析

电气化铁路牵引用电分析

刘玉贞

神华新朔铁路有限责任公司供电分公司 内蒙古鄂尔多斯 010399

摘要：电气化铁路的用电成本是企业主要成本之一，所以如何节能降耗是企业管理的职责所在。本文从企业电费的构成，企业用电统计及情况说明，企业用电管理可能存在的问题等几方面进行了分析并提出了改进意见及建议。

关键词：电气化铁路：用电分析

为进一步了解电气化铁路用电情况，对电气化铁路的生产生活用电量和用电电费进行统计分析，以便于公司优化用电现状，合理分配电能，节约电费，减少电费成本。

1. 企业电费的构成

电气化铁路的用电隶属于大工业用电范畴，牵引电费执行国家两部制电价格政策，主要是由基本电费和电度电费构成，电度电费中包含各种附加电费。具体来说，牵引电费是由电度电费、基本电费、国家规定附加电费（库区移民基金、重大水利基金、可再生能源附加、小型水库移民后期扶持基金）、功率因数调整电费构成。
根据发改委的相关文件，铁路用电的电费主要由电度电费、基本电费以及功率因数调整电费这三部分构成。铁路用电电费的具体计算公式为：电费金额=电度电费＋基本电费＋功率因数调整电费。

（一）基本电费：指的是由用户最大需量(kW)或受电变压器容量(kVA)以及国家规定的基本电价计算而来的电费。

基本电费有两种计收方式，一是按照变压器（额定）容量计收，二是按最大需量计收。用电户按照本单位用电负荷的变化情况可以选择按变压器容量或最大需量计收基本电费的，一般应在用电和供电方签订的《供用电合同》中进行明确，同时在合同的有效期内不得更改基本电费的收取方式，一般规定变压器容量在315千伏安及以上的工业客户都收取基本电费。铁路用电基本电价按变压器容量或最大需量计算，按月进行计算收取。对于牵引变电所来说，一般情况下主变压器是一台主用一台备用，基本电费也是按一台主用来收取的。目前的收取标准以国家发改委文件为准：西部电网规定大工业用户基本电费计收标准为19元／千伏安／月。
基本电费的计算公式，基本电费＝变压器容量（或最大需量）X基本电价。受电变压器容量包含不通过专用变压器接用的高压电动机（千瓦视同千伏安），按最大需量收取基本电费的客户必须安装最大需量表，按表指示的数值计算最大需量值。例如：大准铁路某牵引变电所位于内蒙古和林格尔境内，两台牵引变压器变压器容量分别为45000KVA，一台主用一台备用，供用电合同明确按变压器容量收取基本电费，则该企业某牵引变电所每月应向供电方缴纳的基本电费为：45000KVA*19元/KVA=855000元。如按需量法计算，基本电费=最大需量*需量单价。

基本电费计算中应注意的问题包括以下几个房间：1.基本电费以月为单位计算金额，但如果用户是新装、暂换、减容、暂停、增容、销户的情况，则其开始和停止用电月的电费都按照实际使用的天数来计算，每天按全月的三十分之一计算。（在《供电营业规则》中规定，用户变压器启封、暂停时间统一计算为：变压器封停的当天不进行基本电费的收取，启封当天计收基本电费），检修停电、计划限电以及事故停电等情况不扣减基本电费；2、用户基本电费如果按变压器的容重收取，则不能扣减居民生活、办公照明等负荷所占变压器的容量，以最大需量执行的用电客户也不进行居民生活、办公照明等负荷所占变压器的容量的核减；3、如果用电客户是按变压器容量计收的基本电费，暂停用电时必须是整组或整台变压器全部停止运行才能申报。用户在每一年内，可申请两次部分或全部（含不经过受电变压器的变压电动机）用电容量的暂时停止，每次最低十五天，一年累计的暂停时间不得高于6个月。一年内累计暂停用电时间超过六个月以及暂停期满的，无论客户是否对用电进行申请恢复，供电单位都必须从期满之日当天起，按《供用电合同》约定计收用户的基本电费。暂停时间如果少于十五天的则按正常收取；4、企业如果想要申请减容，则必须是整组或整台变压器停止或者更换为容量更小变压器用电。供电企业在受理申请后，根据申请日期对设备进行加封，同时从加封之日起，按原计费方式对其相应容量的基本电费进行减收，但如果用户申明为申请从加封之日起期满二年同时又不申请恢复用电或永久性减容的，其减容后的容量已经无法达到实施国家两部制电价制定的容量标准时，应该改为单一的制电价计费；在减容期限内申请恢复用电时，应在5天前向供电企业办理恢复用电相关手续，基本电费从启封之日算起按原计费方式计收；5、増容、新装用户以及减容期满后的用户，在两年之内不得申办暂停或减容。如果确需继续申请办理暂停或减容的，暂停或减容的基本电费应按50%计算收取。

2. 电度电费、国家规定的附加电费。电度电费是根据地方发改委下发的相关文件的电度电价确定电费，不同的电压等级，不同的用电性质，供电部门收取的电费也是不同的，其计算公式为：电度电费=抄见电量x电度电价（元/kwh）。铁路执行大宗工业电价，计费电能表采用高供高计，例如：大准铁路某牵引变电所位于内蒙古和林格尔境内，电价0.394元/KWH,计费电能表本月有功指数23698.5，上月有功指数23200.5，倍率66000，则本月应缴电度电费：(23698.5-23578.5)*66000*0.394=3120480元。国家规定附加费=牵引变电所用电量*发改委规定电费单价，电度电费、国家规定的附加电费和牵引变电所的实际用电量成正比，牵引变电所的实际用电量越大，电度电费、国家规定的附加电费越高。

（三）功率因数调整电费是指根据用户月加权平均功率因数，按照供电部门对铁路用电质量的要求进行减收或增收的电费，其计算公式为：功率因数调整电费=（基本电费＋电度电费）x功率因数调整率。一般情况下电气化铁路用电功率因数标准值为0.9，每增加一个百分点，减收电费的调整率为0.015%，封顶值为0.95；每减少一个百分点，增收电费的调整率为0.05%，下不封顶。详见下表

功率因数调整电费表

例如：大准铁路某牵引变电所主变压器额定容量位50000KVA，基本电费19元/KVA,三月份该牵引变电所计费电度表本月有功指数23698.5，上月有功指数23200.5，则有功电量P=(23698.5-23578.5)*66000=7920000KWH；本月无功指数3612.5，上月无功指数3547.5倍率66000，则本月无功电量Q=（3612.5-3547.5）*66000=4290000Kvr，则本月功率因数COSφ= =0.88，则力率调整电费为=(50000KVA*19元/KVA+3120480元)*1%=40704.8元。

2. 企业用电统计及情况说明

随着铁路运量的逐年增加，生产生活用电也在逐年增加，电费成本已成为该公司主要成本之一。据统计某某铁路公司随着运输生产任务的增加牵引购电量已从2010年的2.38亿度增加到2019年4.73亿度，得到了翻番。购电电费也从2010年1.5364亿元增加到2019年2.511亿元。如此快的发展，使企业在创造利润的同时成本支出也越来越大。所以通过参与电力多边交易形式、改变运行方式、提高功率因数等举措来减少电费的支出，提高企业的利润空间已经刻不容缓，势在必得。

3. 企业用电管理可能存在的问题

1.节能改造仅仅停留在初级层面，习惯于单纯的以设备的更新换代和频繁的维护维修来减少电能浪费，而无形之中加了公司的运营成本，公司经济效益得不到最大程度的提高。

2.供电系统运行效率低，变压器及电线路配置不合理
电气化铁路供电系统中能耗最多的是电力机车及其它生产用电，由于铁路运量需求的变动、不同的机车型号和检修生产工艺的改变，往住出现按设计配置的电力变压器容里与实际负荷不相匹配的情况，例如电力机车运行情况、变压器容量过大、负载低，变压器损耗大；配电线路粗细和长短不合理、不规范，也导致损耗大幅度增加。消耗的电能中有相当一部分是以发热、铁损、铜损、谐波电流的产生等形式被浪费掉。
3．用电设备陈旧老化
目前虽然设备在不断更新，但就这条铁路来说，众多的电力机车、接触网线路、配电线路等不能全部更新，有的设备甚至超期服役，二十多年前的设备还在运行，当年的设备制造不能过多的考虑节能环保，这些设备及供电线路在运行时效率低、耗电多，造成了铁路供电时而不能满足供电部门的新要求，用电的可靠安全无法保证。在牵引变电所相关的能量损失主要包括以下两个部分，一部分是由电气化铁路供电的特殊性引起的电力系统中的电能损失以及对电力系统中设备造成影响，其中主要是电气化铁路产生的负序电流、谐波电流以及牵引负荷的低功率因数造成的电能损失。另一部分是牵引变电所自身造成的能量损失，主要由牵引变压器引起的电能损失。 1）由于牵引变压器负荷引起的电能损失。牵引变压器引起的电能损失主要由由负载损耗和空载损耗两个部分组成，在整个电气化铁路电能损失中占的比重很大。 2）牵引变电所负序电流引起的电能损失。牵引负荷是一种单相的电力负荷，具有不对称性和单相独立性，因此破坏了电力系统三相对称性，进而产生了负序电流。负序电流对变压器以及电机都会造成影响，从而引起电能损失，同时，负序电流还会增大电网的损耗。 3）牵引负荷谐波引起的电能损失。对于整个电力系统来说，电气化铁路就是一个很大的谐波源，对电力系统的正常运行产生了不好的影响，其中就有电能的损失。由于谐波的产生，使整个电气化铁路中的变压器、感应电动机和发电机都会出现电能损失现象。特别是，谐波电流还会引起电力系统内谐振。 4）牵引负荷的低功率因数引起的电能损失。过低的功率因数会造成输变电和发电过程以及输电网络的电能损失。功率因数过低将使得输变电设备的供电能力以及发电机组的输出能力降低，使发电和输变电的成本提高，电气设备的效率降低。功率因数过低也会增加输电网络中的电压和功率损失，造成整个系统中的电能损失。

四、改进意见及建议

1.参与电力多边交易市场。参与电力多边交易要符合国家产业政策和宏观调控政策，坚持安全高效、节能减排、诚实守信、市场化原则，严格遵守当地《电力多边交易市场运营规则》的相关规定。用电企业通过参与电力多边交易市场，购电电价由用电企业与发电企业通过自主协商、集中竞价等确定，非因法定事由，不受第三方干预，一般为发电侧市场价格。交易的形式有：年度竞价交易、年度协商交易、季度挂牌交易、月度协商交易、月度竞价交易、月度发电权置换交易。企业所采用的的交易形式是根据企业年用电量的多少及月用电量要相对稳定，符合国家和省、市、自治区产业政策扶持的条件。参与电力多边交易后，按规定时间要求通过电力多边交易平台申报次月计划用电量，审核后与发电企业协商比对进行交易，一般情况下每度电的价差电费随电力多边交易市场的变化而变化，大约在0.03元/kwh左右。以年用电量4亿度计算，一年可节约电费约1200万元。大大减少了用电成本。

2.科学合理选择基本电费的计收方式。加强用电统计分析和管理工作，积极与供电公司沟通，采取适合各牵引变电所自身的基本电费计费方式，可以有效降低牵引电费支出，节约成本，达到企业节支增效的目标。

国家发展改革委在下发的相关文件中规定两部制电力用户可自愿选择按变压器容量或合同最大需量缴纳电费，也可选择按实际最大需量缴纳电费。目前需量法的执行方式有两种：一种是核定最大需量法，一种是实际最大需量法。
　　（1）核定最大需量法。核定最大需量法是指用户与供电公司约定一个需量值（最大需量的核定值下限是变压器容量的40%），每月最大需量不能超过核定需量值的105%，如没有超过核定需量值，按照核定需量值结算基本电费。
　　基本电费=核定需量值（kVA）*需量单价（28.5元/ kVA）。
　　如超过核定需量值的105%，对超出部分需量加倍计费，基本电费=（核定需量值+（需量值-核定需量值*105%）*2）*需量单价（28.5元/ kVA）。
　　（2）实际最大需量法。实际最大需量法是指用户按照实际最大需量值结算基本电费，最小值不能低于变压器容量的40%。
　　基本电费=实际最大需量值（kVA）*需量单价（28.5元/ kVA）。
　　通过对核定最大需量法和实际需量法的比较，采取需量结算基本电费比较科学。
　 （3）两种基本电费计费方式比较
　　如XX牵引变电所，单台牵引变压器的容量为X（kVA），如果采用容量法计费：
　　基本电费=X（kVA）*19（元/kVA）=19X（元）
　　如果采用需量法计费，最大需量为Y （kVA），基本电费=Y（kVA）*28.5（元/kVA）=28.5Y（元）
　　如果对以上两种计算方式进行分析，假设两种计算方式的电费相等等，19X=28.5Y，得出Y=19/28.5X。可以得出两种基本电费计费方式的临界点是66.7%，如果牵引变电所最大需量值大于66.7%，适合采取容量计收基本电费，如果牵引变电所最大需量值小于66.7%，适合采取需量法计收基本电费。对于两种计费方式可以通过对牵引变电所月度最大需量值进行监测，通过实际得出的需量数据，而进行选择。
　　　3.用技术手段提高用电质量。用电企业大部分用电负荷是感性负载，功率因数较低，不能满足供电部门的要求，功率因数调整电费的收取将增大用电企业的电费成本。通过加装动态无功补偿装置来自动调节功率因数，通过提高功率因数来减收调整电费，达到降低电费成本的目的。以年用电量4亿度计算，平均单价0.4元/kwh计算，如功率因数标准值为0.90，功率因数每降低一个百分点，电费增收80万元，每增加一个百分点，电费减收24万元。

4.科学合理地维护使用好动态无功补偿装置，保证补偿装置后期的正常维护；加快超期服役设备的更新改造。

5.提高员工用电管理素质。用电管理不仅仅是管理者的事，也是每一位企业员工的职责，普及员工用电常识，提高员工节电意识，加强企业用电的相关业务。
总之，对电气化铁路的用电应进行定期分析，可以及时掌握企业的用电情况、电费支出情况，同期相比可根据生产运量做出较为准确的预估电量，达到合理调整计划，科学分配电能的作用。