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無(wú)功補償裝置在小水電的應用
摘要： 無(wú)功補償裝置是依據無(wú)功功率不從電源和線(xiàn)路上取得，而是按照消耗無(wú)功功率的大小就地取得，以充分利用電源（發(fā)電機）和線(xiàn)路的功率，從而達到減少電能損耗這一原理制成的一種裝置。近年來(lái)，此裝置在用電企業(yè)和供電局中普遍采用，取得十分好的經(jīng)濟效益，證明這是一項十分成熟的技術(shù)。由于種種原因，未見(jiàn)在小水電中應用的報道。黔東南州地方電力總公司，為了解決紅旗水力發(fā)電廠(chǎng)增加出力的問(wèn)題，應用了無(wú)功補償裝置這一技術(shù)，達到機組增容的目的，也取得了相當好的效果。關(guān)鍵詞： 無(wú)功補償 提高功率因數 增加出力 降低線(xiàn)損
一、 紅旗水力發(fā)電廠(chǎng)概況
黔東南州地方電力總公司屬下的紅旗水力發(fā)電廠(chǎng)，座落在鎮遠縣涌溪鄉，屬于沅江支流的舞陽(yáng)河上，距鎮遠縣城13km。電廠(chǎng)于1971年開(kāi)工建設，1981年投產(chǎn)發(fā)電。電廠(chǎng)共裝機四臺，單機容量3200kw，總容量12800kw。水輪機額定水頭34.5m，額定流量12.6m3/s，額定出力3380kw。主接線(xiàn)采用單母分段的方式向舞陽(yáng)河地方電網(wǎng)供電，由紅旗電廠(chǎng)、觀(guān)音巖電廠(chǎng)和諸葛洞電廠(chǎng)組成的舞陽(yáng)河地方電網(wǎng)在鎮遠縣城，再由鎮遠縣城向國電凱里供電局上網(wǎng)。線(xiàn)路長(cháng)10km，電壓35kv�？値烊�4740萬(wàn)m3，有效庫容2040m3，大壩高56m，溢流面高程503m，原先是無(wú)控制的自由壩頂溢流。1986年，在壩頂加裝六扇閘門(mén)，門(mén)長(cháng)10m，高5.2m。這樣，提高了水頭，增加了庫容。1990年，上游的觀(guān)音巖電廠(chǎng)投產(chǎn)發(fā)電，增加了紅旗電廠(chǎng)的徑流量。有了上述兩個(gè)變化，使提高電廠(chǎng)出力有了可能。
二、 增容改造的由來(lái)
1994年，3#、4#發(fā)電機定子線(xiàn)圈絕緣老化，決定更換定子線(xiàn)圈，此項工作由原生產(chǎn)廠(chǎng)家天津發(fā)電設備廠(chǎng)承擔。廠(chǎng)家建議，他們的水輪機出力可以提高，是否在更換線(xiàn)圈時(shí)，連同發(fā)電機增容一起考慮。即使現在不按增容運行，也為以后增容創(chuàng )造條件。廠(chǎng)家建議增容到3800kw。我們采納了廠(chǎng)家建議，發(fā)電機線(xiàn)圈按3800kw更換。當時(shí)更換線(xiàn)圈，主要是解決絕緣問(wèn)題，增容只是次要的考慮。 線(xiàn)圈更換之后，按說(shuō)3#、4#機可以按3800kw出力運行，但由于諸多原因，直到2002年都是按3200kw運行。其中主要原因之一，就是主變和線(xiàn)路未改造，主變和線(xiàn)路的容量仍然在限制發(fā)電機的出力。直到2002年底，我們在聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)加裝了無(wú)功補償裝置，克服了主變和線(xiàn)路容量不夠大這個(gè)難題，增容才得以實(shí)現。
三、 加裝無(wú)功補償裝置實(shí)現增容運行。
由于行業(yè)和商業(yè)的原因 ，以往一說(shuō)到發(fā)電廠(chǎng)增容改造，發(fā)電機廠(chǎng)家就推薦改造發(fā)電機線(xiàn)圈的辦法，但這不是唯一的辦法。無(wú)功補償裝置廠(chǎng)家，也只是注重用電企業(yè)和供電局。這次，我們把無(wú)功補償裝置用于水力發(fā)電廠(chǎng)，取得了很好的效果。
2002年，省水利廳發(fā)文，批準紅旗水力發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行增容技術(shù)改造，即對3#、4#機進(jìn)行增容改造增至單機3800kw。由于線(xiàn)圈改造工作已于94年完成，此次只對主變壓器和全廠(chǎng)的電氣控制保護設備進(jìn)行改造。因為控制保護部分與增容關(guān)系不大，本文不贅述了，只談一談如何解決主變和線(xiàn)路的問(wèn)題。
當時(shí)我們考慮，發(fā)電機增容，主變增容，但線(xiàn)路不改造，就還有一個(gè)瓶頸，還是達不到增加出力的目的。如果主變、線(xiàn)路不改造而在鎮遠加裝無(wú)功補償裝置，減少無(wú)功電流的輸送，提高電廠(chǎng)運行的功率因數，就可以達到提高發(fā)電廠(chǎng)有功出力的目的，達到增容的要求。
要使主變和線(xiàn)路電流不超過(guò)增容改造前的水平，只要發(fā)電機增容后還保持增容前的電流即原來(lái)的額定電流就可以了。這可以通過(guò)提高發(fā)電機運行的功率因數來(lái)達到。發(fā)電機原額定功率3200kw，電壓6.3kv，電流366.5A，功率因數為0.8。增容為3800kw，要使電流不變，功率因數為 cos =0.95 在鎮遠加裝無(wú)功補償裝置，我們還有另外一層考慮。我們在鎮遠與凱里供電局聯(lián)網(wǎng)，上網(wǎng)功率因數按0.8考核，并且以上網(wǎng)的無(wú)功電能折算上網(wǎng)的有功電能，我們在鎮遠的功率因數達0.86或以上。如果紅旗電廠(chǎng)按增容后的出力運行，上網(wǎng)的功率因數將更高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，只有在鎮遠（聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)）裝設無(wú)功補償裝置才能解決（才能保證上網(wǎng)的功率因數為0.8）。
經(jīng)過(guò)反復認真的論證，我們決定暫緩主變改造，而在鎮遠開(kāi)關(guān)站加裝無(wú)功補償裝置。委托湖南紫光測控有限公司設計和提供設備。補償容量為7200KVAR。主要設備有濾波電容器24只，濾波電抗器3臺，六氟化硫開(kāi)關(guān)一臺，電容測控裝置一套，放電PT3臺。設備于2002年12月投入運行，總造價(jià)（設備和土建、征地）120.78萬(wàn)元。在試運行期間測試，紅旗電廠(chǎng)輸送有功功率14000kw，即3#、4#機按有功功率3800kw，cos 為0.95運行，1#、2#機按3200kw，cos 為0.8運行。無(wú)功補償裝置輸出無(wú)功功率為6500～7000KVAR，開(kāi)關(guān)站母線(xiàn)電壓為38～38.5KV，上網(wǎng)功率因數為0.8，完全達到了預期的要求。
四、 加裝無(wú)功補償裝置產(chǎn)生的效益
1、紅旗電廠(chǎng)發(fā)電量增加
我們只計算豐水期5、6、7三個(gè)月多發(fā)的電量，因為機組增容增加電量主要是豐水期，在其于期間增容對增加電量的作用不大（因庫容不夠每天只能發(fā)一至2臺機組）。補償之前，紅旗電廠(chǎng)被迫降低功率因數運行，常降至0.75，3#、4#機只能按3000kw運行，補償后按3800kw運行，兩臺機比補償前共多帶1600kw，因為偶有停機等原因，三個(gè)月按90天算：
1600kw×24h×90=345.6萬(wàn)kw.h。
2、減少了線(xiàn)路損失
前面已說(shuō)到，在紅旗電廠(chǎng)輸送14000kw有功功率時(shí)，無(wú)功補償裝置往電網(wǎng)輸送無(wú)功功率7000KVAR，也就是說(shuō)，從電廠(chǎng)到鎮遠的線(xiàn)路少輸送無(wú)功功率7000KVAR，線(xiàn)路上電流減少了，因而線(xiàn)損也減少了。
線(xiàn)損一般包括固定損失、變動(dòng)損失兩大部分，固定損失是不隨輸送電流大小變化的，而變動(dòng)損失與輸送電流大小有關(guān)，與通過(guò)網(wǎng)上電流的平方成正比。因此，我們只計算變動(dòng)損失的變化。但也無(wú)法確定其絕對值，只是計算在同一時(shí)段補償投運后的變動(dòng)損失占投運前的百分比。
經(jīng)計算，補償后的變動(dòng)損失占補償前的67%，也就是說(shuō)，變動(dòng)損失下降了33%。這一項的效益是巨大的，因為不管電廠(chǎng)以何種方式運行，豐水也好，枯水也罷，只要補償投入運行，線(xiàn)損下降這一效益就始終存在。前三年平均線(xiàn)損電量為380萬(wàn)kwh，這里面包含了固定部分，我們假定變動(dòng)部分為300萬(wàn)kwh。那么補償投運后降低的線(xiàn)損電量為300萬(wàn)kwh×33%=99萬(wàn)kwh。加上電廠(chǎng)多發(fā)電356萬(wàn)kwh，全年增加電量為455萬(wàn)kwh。以不含稅價(jià)0.2元/kwh計算創(chuàng )收益91萬(wàn)元。
3、保證聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)電壓正常，改善了電能質(zhì)量
無(wú)功補償裝置投運一年多的實(shí)踐證明，只要精心調度，無(wú)功補償裝置正確投切，電廠(chǎng)對運行的功率因數正確調整，則不管何種運行方式，輸送功率多少，都能保證聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)母線(xiàn)電壓在38.5kv左右，往電網(wǎng)輸送足夠的無(wú)功功率，上網(wǎng)功率因數為0.8。
五、建議
1、內部、外部環(huán)境和技術(shù)條件與紅旗水力發(fā)電廠(chǎng)相仿的電廠(chǎng)，不妨通過(guò)論證一試。
2、以后新建水電廠(chǎng)，如果電廠(chǎng)離并網(wǎng)點(diǎn)或負荷中心較遠，在設計時(shí)，最好把設置無(wú)功補償裝置，作為一種技術(shù)方案，加以考慮。
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