小水電無功電量不足的原因和處理方法

孫宏明

[摘要]目前小水電站，因受電網(wǎng)電壓波動影響，無功上網(wǎng)時有不足，這種情況不但影響了小水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。降損節(jié)能、提高效率旨在提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電電壓水平，而小水電上網(wǎng)電能質(zhì)量的好壞也直接關(guān)系到電網(wǎng)和小水電的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]小水電 無功電量 不足 方法

中圖分類號：TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0520027－01

小水電無功電量不足不但降低用電設(shè)備的工作效率，也降低電氣設(shè)備的使用壽命。滿足電網(wǎng)對小水電無功電量的要求，是小水電和電網(wǎng)降損節(jié)能、提高效率的重要管理手段和科學(xué)的技術(shù)保障。經(jīng)濟(jì)有效解決小水電無功上網(wǎng)電量不足對水電站經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。現(xiàn)對小水電無功電量不足原因及處理方法進(jìn)行分析。

一、無功電量的重要性

電力系統(tǒng)無功電量不足對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行將產(chǎn)生很大影響，無功電量是衡量和考核電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。小水電無功上網(wǎng)電量是電力系統(tǒng)考核小水電站電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，無功上網(wǎng)電量直接與小水電的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行掛鉤。

二、小水電無功電量不足的原因

1．小水電站大部分建在偏遠(yuǎn)山區(qū)，上網(wǎng)線路半經(jīng)大，用電負(fù)荷變化大，加之農(nóng)村小型水電站上網(wǎng)電壓等級較低，一般大都在10kv電壓等級，后夜電壓高達(dá)11kv以上，按電力變壓器的最低檔電壓反眏到低壓側(cè)電壓在0.45kv左右，直接影響小水電的無功上網(wǎng)電量不足。2．有的電站一般正常運(yùn)行是不需要無功補(bǔ)償?shù)模捎陔娬久磕甑囊绾榇螖?shù)較多，溢洪量大，為了減少棄水量，機(jī)組可以增發(fā)10%有功，而減發(fā)無功電（在保持發(fā)電機(jī)的視在功率，定子額定電流，機(jī)組的機(jī)械性能允許的情況下），造成上網(wǎng)無功電不足。

三、改善小水電無功上網(wǎng)電量不足的方法

（一）改善勵磁條件

改善勵磁條件，增大勵磁電流的是改善上網(wǎng)無功電量不足和供電質(zhì)量的重要方法，勵磁控制質(zhì)量的好壞直接影響上網(wǎng)電量質(zhì)量和電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，但這種方法不能完全有效解決小水電尤其是農(nóng)村偏遠(yuǎn)、上網(wǎng)條件較差的小水電站，當(dāng)電網(wǎng)電壓夜間過高時，增大勵磁電流是有限的，即使超出增大勵磁電流發(fā)電機(jī)額定值范圍，有些電站不但不能滿足無功上網(wǎng)的需要，長期超出發(fā)電機(jī)額定電壓值運(yùn)行對發(fā)電機(jī)絕緣和使用壽命有很大影響。

（二）增設(shè)電力電容

電力電容器作為補(bǔ)償裝置，具有安裝方便、建設(shè)周期短、造價低、運(yùn)行維護(hù)簡便、自動損耗小（每Kvar功功率損耗約為0.3～0.4%以下）等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前國內(nèi)外廣泛采用的補(bǔ)償方面。這種方法的缺點(diǎn)是電力電容器使用壽命較短；無功出力與運(yùn)行電壓平方成正比，當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓降低，補(bǔ)償效果降低。

（三）利用發(fā)電設(shè)備調(diào)相運(yùn)行

對徑流式電站，在枯水期可以利用水電站多余的機(jī)組改變?yōu)檎{(diào)相運(yùn)行，向電網(wǎng)發(fā)送無功。缺點(diǎn)是時間局限性強(qiáng)。水電站調(diào)相運(yùn)行的方式有兩種：1.水輪發(fā)電機(jī)組不分開。按照發(fā)電機(jī)運(yùn)行時并車步驟及操作方法，將機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行，隨之將水輪機(jī)導(dǎo)水葉逐漸關(guān)小直至全關(guān)，停止向水輪機(jī)供水。根據(jù)電網(wǎng)的無功余缺狀況，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流大小，使機(jī)組處于“過激”或“欠激”狀態(tài)下運(yùn)行，機(jī)組便根據(jù)電網(wǎng)的需要輸出感性或容性無功，以彌補(bǔ)電網(wǎng)無功的不足。2.水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)分開。對較長時間或?qū)Ｓ米髡{(diào)相機(jī)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)組，為了減少有功的消耗和水輪機(jī)的磨損，應(yīng)將水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的聯(lián)接分開，用發(fā)電機(jī)作為調(diào)相機(jī)運(yùn)行。對這種發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)分離的狀況，必須采用其他方法或另用專門的原動機(jī)來帶動發(fā)電機(jī)，一般采用“異步啟動”法將三相電源直接加到作調(diào)相機(jī)的發(fā)電機(jī)三相定子繞組下，借助異步轉(zhuǎn)矩的作用啟動發(fā)電機(jī)并加速。調(diào)相機(jī)拉入同步后，根據(jù)電網(wǎng)需要調(diào)整勵磁電流大小，便可向電網(wǎng)輸出無功。

（四）改變變壓器調(diào)壓范圍

改變主變壓器變壓比及調(diào)壓范圍，也是有效改善水電站無功上網(wǎng)電量不足的有效措施，是增大無功上網(wǎng)電量的有效途徑之一。通過對小水電站電氣運(yùn)行理論分析，改變變壓器的變壓比即匝數(shù)比，可有效改善無功上網(wǎng)電量不足。在保持發(fā)電機(jī)端電壓400V±5%不變，增大主變壓器高壓側(cè)電壓值的變壓器設(shè)計(jì)方法，從而改變高低壓側(cè)電壓有效值，并利用變壓器分接開關(guān)增大變壓器電壓調(diào)整范圍，升高上網(wǎng)電壓，滿足無功上網(wǎng)電量。該方法對新建和技改水電站在更換主變壓器時，根據(jù)電網(wǎng)電壓變化幅度范圍，進(jìn)行計(jì)算分析，在購置設(shè)備時提供加工技術(shù)數(shù)據(jù)，該方法基本不需二次投資和增加投資，可有效提高無功上網(wǎng)電量。存在問題是：改變變壓比是單一的追求小水電無功上網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)利益，小水電占電力網(wǎng)比重大時，對電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量產(chǎn)生影響。

四、改善無功上網(wǎng)不足的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

（一）經(jīng)濟(jì)效益

解決水電站無功電量上網(wǎng)的不足，滿足電網(wǎng)對水電站無功電量的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考核，提高水電運(yùn)行功率因數(shù)值，保證小水電上網(wǎng)電能質(zhì)量，解決電網(wǎng)因少發(fā)無功電量而受經(jīng)濟(jì)處罰的經(jīng)濟(jì)損失，提高水電運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，增加水電經(jīng)濟(jì)收入。如某電站0.2萬kW機(jī)組一般正常運(yùn)行是不需要無功補(bǔ)償?shù)模捎谒畮烀磕甑囊绾榇螖?shù)較多，溢洪量大，為了減少棄水量，機(jī)組可以增發(fā)至0.22～0.23萬kW有功，而減發(fā)無功電（在保持發(fā)電機(jī)的視在功率，定子額定電流，機(jī)組的機(jī)械性能允許的情況下）。該電站根據(jù)實(shí)際情況在10kV高壓側(cè)并聯(lián)900kVar電容器組成套裝置作無功補(bǔ)償。900kVar 成套裝置，成本約為20萬元。按一年溢洪達(dá)個月，則估算增發(fā)有功為年1000h，1000×300=30萬kWh/a，按0.4元/kWh計(jì)算，年增收12萬元，成本在兩年內(nèi)可以回收，經(jīng)濟(jì)效益是很明顯的。但要根據(jù)電站多年水位，庫容數(shù)據(jù)，年溢洪量多少，溢洪時間天數(shù)等，取得有效數(shù)據(jù)，作綜合分析，正確選擇電容器容量。

（二）社會效益

提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量，保障電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，解決小水電站無功上網(wǎng)電量不足，對改善電網(wǎng)功率因數(shù)、降低電網(wǎng)電能損失，提高電氣設(shè)備運(yùn)行效率，為構(gòu)建節(jié)約、和諧、生態(tài)、環(huán)保型社會將產(chǎn)生巨大的社會效益。

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