基于大数据的大工业用户变压器利用率分析

韩 旭,贾 萌

(1.国网河北省电力有限公司营销服务中心,石家庄 050021;2.国网河北省电力有限公司邯郸供电分公司,河北 邯郸 056000)

大工业用户是供电公司的用电大客户,随着电力企业精益化管理的不断发展,对优质大客户的分析研究显得尤为重要。变压器利用率这一指标无论对大工业用户还是电力公司来说,显得尤为重要。通过对变压器利用率的大数据分析,前者可以选择最佳变压器容量,从而达到节省电费的目的;后者可以对市场营销、优化资源配置、深化电力营销管理、查找窃电用户等方面提出可靠依据[1-2]。目前,随着电力体制改革的推进,行业竞争的逐步发展,公司自身、行业主体、市场开拓和优质服务面临的压力越来越大。充分利用现有数据资源,深入挖掘用户潜在需求,改善供电服务质量,对公司未来发展至关重要。基于客户档案数据,结合大数据等新一代信息技术的发展,提取大工业用户档案、变压器参数数据等,通过公式进行计算,得出变压器利用率的大数据值,为市场营销、优化资源配置、深化电力营销管理、查找窃电用户等方面提供强有力的支撑。

1 变压器利用率的计算

电力公司应根据企业的生产工艺要求,满足实际需求,综合考虑各种因素,对主变压器容量的合理选择不仅可以降低电能损耗,又能减少基本电费的支出,会给企业带来直接的经济效益。偏低的变压器利用率,带来的是设备使用效率的降低以及用电资源的浪费,大工业用户还为此支付了本可以节省下来的基本电费;另一方面,较高的变压器利用率,影响变压器经济运行,使设备效率降低,不仅会降低变压器的绝缘性能,影响变压器使用寿命,严重时甚至会威胁电网安全运行。显然变压器利用率过高或过低都不利于变压器经济运行。式(1)是变压器利用率计算公式。

变压器利用率η:

式中:SN为变压器容量,变压器容量等于用户的运行容量,若用户发生减容、增容、暂停、复容等情况,变压器容量等于计费容量;cosφ 为变压器功率因数;t为统计时间,h。

例:1个35 k V 供电的、容量为315 k VA 的用户,某月用电量为8 万k Wh,功率因数为0.85,则其该月变压器利用率为41.5%

2 基于月用电量大数据的变压器利用率分析

借助ORACLE大数据分析工具,编写相关分析程序,对所有大工业用户的有效数据进行提取,从多维度、多角度对数据进行分析,计算出变压器利用率,再将大工业用户的变压器利用率进行数据拟合,得出利用率曲线图。按地域、不同电压等级对变压器利用率进行分析,找出最佳变压器利用率。

对大工业变压器容量利用率按不同维度进行大数据分析,需要以下分析明细:大工业用户明细、变压器额定容量、变压器运行容量、大工业用户月用电量、用电量、大工业用户变压器利用率。

2.1 变压器利用率大数据计算分析

由以上可知,变压器容量利用率的计算公式为式(1),对大工业用户进行分析,具体程序见图1。

大数据编程得出大工业用户的具体明细及需要的数据,并通过计算公式得出所有大工业用户变压器均利用率166.08%。

由编程得出的数据分析,利用率小于0%的有2户,占比0.01%,主要是由于3月份存在退步电费现象;利用率在0%到23%有13 462户,占比67.51%;利用率在24%到90%有6 330户,占比31.74%;利用率大于90%有148户,占比0.74%。其中,变压器利用过大的用户存在私自增容等疑问,需要进一步进行检查。

图1 大数据编程分析

2.2 按地域进行大数据分析

大工业用户共计19 942户,其中,沧州大工业用户4 252户,占比21.32%;保定4 230户,占比21.21%;石 家 庄4 116 户,占比20.64%;邢 台3 047户,占 比15.28%;邯 郸2 328 户,占 比11.67%,衡水1 969户,占比9.88%。

按地域进行大数据分析,邢台大工业平均变压器利用率为828.72%;邯郸大工业平均变压器利用率为206.38%;石家庄大工业平均变压器利用率为25.65%;保定大工业平均变压器利用率为22.96%;沧州大工业平均变压器利用率为17%;衡水大工业平均变压器利用率为15.89%。

2.3 按电压等级进行大数据分析

大工业用户共计19 942 户,其中,6 k V 用户57,占比0.29%;10 k V 用户19 266,占比96.61%;35 k V 用户418,占比2.1%;110 k V 用户160,占比0.8%;220 k V 用户40,占比0.2%;500 k V 用户1,占比0%。

按电压等级进行大数据分析,6 k V 电压等级的变压器均利用率为13.79%;10 k V 电压等级的变压器均利用率为148.56%;35 k V 电压等级的变压器均利用率为1 065.37%;110 k V 电压等级的变压器均利用率为20.57%;220 k V 电压等级的变压器均利用率为10.13%;500 k V 电压等级的变压器均利用率为0%。3月份大工业变压器均利用率为166.08%

3 应用实例分析

电力行业针对大工业执行两部制电价,按照相关规定,大工业电价包括基本电价、电度电价和利率调整电费三部分。电度电价是按用户用电度数计算的电价,基本电价是按用户电容量计算的电价。基本电价的选择有两种,一种是按容量计算,另一种是按需量计算。按照《电价说明》相关规定,按容量计算即存在基本电费,基本电费的多少与变压器容量有关。用户到底选择按容量还是需量计费,变压器利用率是关键的衡量指标,故找出变压器容量最佳利用率,无论是对大工业用户的电费计算选择,还是对相关部门制定电价政策,都提供了可靠的分析依据。

3.1 变压器利用率与电费综合单价关系

工商业及其他用电分单一制和两部制电价。对于两部电价制,相同容量S 的变压器,月基本电费F 也相同;由于每个用户的月用电量H 不同,故变压器利用率β 也不同;将基本电费分摊到用电量中,得到的是综合平均单价P。它们之间的关系由式(2)和式(3)表达:

式中:G 为基本电费电价,河北省物价局规定为23.3元/k VA/月

对于单一制电价,既包含了像两部制电价里的电度单价,又包含将基本电费分摊到电量里的基本单价Pj(不考虑力调因素)。Pj应是单一电价P1与相同电压等级两部制电度电价Pd的差,即

按照式(2)、(3)和(4),考虑河北省现行电价政策,取1～10 k V 平段电价,即P1=660.9元/MWh,G=23.3 元/k VA/月,Pd=556.4元/MWh。可以推算出不同变压器利用率值大工业单一制、两部制电价的电费综合平均单价,及基本单价和电度单价的构成[3-4]。不同β 值时单一制和两部制电价的电费综合平均单价见表1。变压器利用率与电费综合平均单价关系见图2。

表1 不同β 值时单一制和两部制电价的电费综合平均单价 元/k Wh

根据表1作图,从图2可以看出,单一制和综合平均单价在一点交汇。由图可知,β=22.25%的时候在临界值。由此可知,当变压器利用率低于22.25%时,执行单一制电价。当变压器利用率高于22.25%时,执行两部制电价。这样用户就可以减少开支。

图2 变压器利用率与电费综合平均单价关系

3.2 应用实例

在大工业用户实际生产中,会有很多不被允许的现象发生,有的企业自增变压器容量方式逃避基本电费,以此少交电费,这样就会给电力部门造成损失。一直以来,电力部门加大对偷电、窃电现象的检查,反窃电、用电稽查是电力营销管理重要的一个环节。通过对变压器容量利用率的大数据分析,可以有效的查找出存在疑问的用户,并派工作人员进行现场检查,挽回电网的经济损失,消除安全隐患。

以河北供电公司某制造加工厂为例,该用户运行变压器容量315 k VA,2017年全年用电量见表2。

表2 某制造加工厂1-12月用电量明细 kWh

通过表2可以看出,全年总电量为1 624 906 k Wh,其中谷段电量1 055 856 k Wh,占比64.98%;峰电量77 896 k Wh,占比4.8%;平电量491 154 k Wh,占比30.22%,年平均功率因数为0.9。经公式(1)计算,该用户月均变压器利用率为66.34%,谷段变压器利用率为129.32%。虽然月均变压器利用率处于正常范围,但是谷段变压器利用率严重超容,经过现场工作人员的检查,发现该用户存在私自增容现象。

4 结论与建议

本文基于河北某一月大工业用户进行大数据分析,建立数学模型,计算出变压器容量利用率,按地域、电压等级等不同维度进行分析,得出存在67.51%的大工业用户变压器容量利用率低于23%。通过对比分析得出结论,当变压器利用率高于22.25%,执行两部制电价较为划算。对于大数据数学模型可以进一步改进:

a.可抛去3月未参与算费的用户;

b.计算模型功率因数统一取得0.9,但是具体的功率因数是更精准的,从而也影响到变压器利用率这一数据,需要进一步调出用户的有功、无功电量,通过公式计算出实时功率因数;

c.单一月的数据有时未免失真,若利用一整年的数据进行分析,会更有助于变压器利用率的分析完善。