淺談千陽縣小型水電站并網(wǎng)后無功不足

任治富 張 華

（1.千陽縣崔家頭水廠 陜西 千陽 721100；2.千陽縣水溝供水站 陜西 千陽 721100）

1 千陽縣寇家河水電站工程概況與無功不足現(xiàn)狀

千陽縣位于渭北旱塬西部丘陵溝壑區(qū)，在寶雞市以北37km處，寇家河水電站修建于千河干流上，因其就地就河建站、無需超高壓遠距離輸送就地上網(wǎng)的優(yōu)點、建成后并入大電網(wǎng)10kV級饋路運行的小型水電站，全站有四處機組，裝機1000kW?？芗液铀娬驹瓩C組配用變壓器是以機組設(shè)計出力在功率因數(shù)0.8時選型的，經(jīng)過改造投入電容，配主變?yōu)?80kv.a，機組設(shè)計保證出力145kW，按功率因數(shù)0.8要求，上網(wǎng)無功達到109kW，同時因其電源點分散，負荷分散，結(jié)算電量只能按照功率因數(shù)0.8考核計費，每月有幾萬kW·t有功電量不予結(jié)算，經(jīng)濟損失數(shù)千元，這樣就造成電站無功出力不足現(xiàn)象，因此研究電站無功不足原因和解決措施成為該電站安全、經(jīng)濟、高效、可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 寇家河水電站無功不足原因分析

2.1 設(shè)備使用不當是造成該站無功不足的根本原因

升壓變壓器選用不當。以降壓變壓器作升壓變壓器使用，這時有可能使發(fā)電機的機端電壓要升高到1.1～1.15倍左右的額定電壓才能并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)電機機端電壓升高，因而導(dǎo)致發(fā)電機的功率因數(shù)值也隨之升高，功率因數(shù)上升，從而也就限制了無功的輸出；發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)容量不足。當機端電壓達到1.05Ue時，定子鐵芯已經(jīng)飽和，在電樞反應(yīng)去磁作用下，需勵磁電流加大，增加勵磁電流無功出力和機端電壓雖然稍有增加，但發(fā)熱嚴重，限制了勵磁調(diào)節(jié)，也就限制了無功輸出。向電網(wǎng)發(fā)無功，必然影響有功的輸出，人為地將勵磁調(diào)至最小，造成發(fā)電機在“欠勵磁”狀態(tài)下運行，加重電網(wǎng)中的無功負擔(dān)，造成不應(yīng)有的有功損耗；小型水電站并網(wǎng)后饋路線路長20km，饋路線徑小，負荷不能就地平衡，若在用電高峰時，母線電壓在420V以上，超出發(fā)電機額定電壓400V數(shù)值，又加之該電站三臺幾組都是硅整流勵磁型式。在母線電壓高于額定值運行，將超出其設(shè)計工作點，若提高勵磁電壓，勵磁電流又超額運行又不安全,所以說勵磁裝置調(diào)整不恰當，致使發(fā)電機電壓外特性調(diào)差系數(shù)不合適，從而導(dǎo)致并聯(lián)運行機組間所負擔(dān)無功功率分配不合理；設(shè)計單機容量小，保護簡單，在饋路分段熔絲熔斷一相的情況下，有時不能脫扣，造成發(fā)電機缺相運行，此時電容若投運，三相無功補償平衡將被打亂，不僅能嚴重影響電容器壽命，也導(dǎo)致電機的正常使用壽命。

2.2 管理與政策因素是導(dǎo)致該電站無功不足的間接原因

根據(jù)政策，目前收購的上網(wǎng)電在計量計費點，按功率因數(shù)等于0.8計算，即1 kW·h有功配0.75 kvarh無功收購，并按欠3 kvarh扣除1 kW·h有功。雖然這樣，對于寇家河這種徑流式小水電站，在豐水期，為了盡量減少棄水，搶發(fā)有功，減發(fā)無功，寧可扣除部分電費，造成發(fā)無功不足的現(xiàn)象；又現(xiàn)行售電量結(jié)算辦法是扣除變壓器鐵損持計算，因鐵損數(shù)遠大于銅損數(shù)扣除變壓器鐵損之后，無功電量就難以滿足結(jié)算的要求，售電結(jié)算時就損失四千到五千元?？梢娍鄢儔浩麒F損，勢必就要使電站降低功率因數(shù)運行，顯然是不經(jīng)濟合理的。

3 針對寇家河水電站無功出力不足應(yīng)采取的措施

3.1 改善勵磁條件

采用改善勵磁條件，增大勵磁電流的方法是改善上網(wǎng)電量和供電質(zhì)量的重要條件，對于勵磁發(fā)電機組，運行時其功率因數(shù)一般可以達到0.8額定值，只需補償變壓器的鐵損。對于自勵恒壓硅整流勵磁的機組，運行時其母線電壓若高于400V且機組滿載時，功率因數(shù)一般高于0.8。所以必須視機組具體情況確定補償容量。在實際投運時，因受母線電壓、室溫變化等影響，只能在允許情況下間斷投運。故確定補償容量時，應(yīng)先滿足抵消變壓器鐵損，再增加一到二倍的電容量，并分裝成二到三組靈活投運。

3.2 改變主變壓器變壓比及調(diào)壓范圍

這是有效改善水電站無功上網(wǎng)電量不足的有效措施，也是增大無功上網(wǎng)電量的有效途徑之一。利用廢舊機組做調(diào)相運行，對寇家河原機組準備報廢一套75kW水輪機，改建時未拆除，經(jīng)修復(fù)，在水量有余的情況下，投入調(diào)相運行，每月可發(fā)無功2萬kW·h左右，在千河干流水量余度不大時，就無法投入運行。將升壓變壓器的分接頭調(diào)到10.5/0.4千伏檔，母線電壓有所降低，但在全站開機滿發(fā)上網(wǎng)，且用電低谷時，電壓仍在430V以上，無功還是不足。

3.3 增設(shè)電力電容

增設(shè)電力電容是有效補償無功電量不足的途徑，用電容器補償無功，為了抵消變壓器鐵損，在電網(wǎng)電壓較低時，增發(fā)無功,在技改時購置了BW-0.4-16-3型電容器64kW，允許在不超過1.1倍額定電壓下長期運行，安裝在無功最欠的幾組投運實驗，當電壓高于430V時退出投運。當月投運200多·h，增發(fā)無功 1萬余 kW·h，取得了明顯的效益。隨后，裝了64kW電容器，經(jīng)過兩年多的投運實驗，證明其操作方便，后送到電容器廠經(jīng)測試一切指標均合格，說明其比較耐用。隨之給幾個機組各裝了56kW電容器，這樣全站每月可增發(fā)無功電量達到5萬kW·h以上，但母線電壓高，不能全天投運，限制了效益的進一步發(fā)揮。曾準備將11±5%/0.4kV的升壓變壓器替換為10±5%/0.4kV配電變壓器，但考慮到饋路電壓過高，對沿途用戶用電不利，也不符合規(guī)范要求。為此建議電力部門調(diào)整饋路電壓，沿途增加負荷。同時寇家河水電站變電所檢修時將主變分接頭調(diào)到高變比檔，并調(diào)整負荷。電站母線電壓基本恢復(fù)正常，電容可以全天投運，補償效果大增，這樣以來連續(xù)創(chuàng)結(jié)算電量最高記錄，當月結(jié)算42萬kW·h，第二月結(jié)算48kW·h，增發(fā)無功近20萬kW·h，并充分利用上游隴縣段家俠電站投運后的水庫調(diào)節(jié)水量，多發(fā)有功電量，取得了很好的經(jīng)濟效益。

3.4 對其運行過程進行改進

針對變壓器熔絲常爆，可用感抗為容抗6%的電抗器抑制，切斷時過電壓有放電聲，采用氧化鋅避雷器保護電容器，選用耐壓525V的電容器；對母線過電壓時，完善過電壓保護，操作過電壓可用低壓避雷器消除，饋路缺相運行后，由于過補償產(chǎn)生過電壓，此時應(yīng)立即使電容器退出運行，為此應(yīng)增加一套過電壓自動保護裝置；合閘涌流用電抗器抑制，感抗值6%即可，更換電容器時選用BW0.525-16-3型產(chǎn)品，更新變壓器時選用SLj7系列有載調(diào)壓低損耗變壓器，將更有利于電站設(shè)備安全運行和靈活掌握，進行合理補償。

3.5 以電容器補償無功為主，克服了結(jié)算無功不足的問題

采用電容器補償前，電站發(fā)有功為885120kW·h，發(fā)無功為282170kW·h，累計運行8013小時，平均發(fā)有功110.461kW·h，配發(fā)無功35.214kW·h，結(jié)算售電情況見下表。采用電容器補償后，工共運行7243h，發(fā)有功793860kW·h，發(fā)無功 551940kW·h，平均發(fā)有功109.6kW配發(fā)了無功76.2kW，無功是補償前的2.16倍，售電結(jié)算情況見表1。

和補償前相比，平均每月少損失1222.01元，年增加經(jīng)濟收入14664.12元。在實驗補償?shù)幕A(chǔ)上增加了140kW電容器，調(diào)整了饋路電壓及負荷，無功基本滿足結(jié)算售電要求，半年內(nèi)共發(fā)電有功222.32萬kW·h?？鄢儔浩鲹p耗及廠用電后，結(jié)算售電216.96萬kW·h，不予結(jié)算的有功僅5899kW·h，損失極少，而當另一個機組投運了半年，一個機組停機改建的情況下，全年全站實發(fā)電283.821萬kW·h，結(jié)算售電257.077萬kW·h，不予結(jié)算的有功電量達26.4萬kW·h，損失13206元。若全部機組投運，損失更大，可見無功補償效益顯著。

表1 售電結(jié)算表

4 結(jié)論

小水電站無功上網(wǎng)電量不足，不僅可通過技術(shù)改進，增加設(shè)備無功電量，同時通過政策因素和管理措施，對水電站無功電量的進行技術(shù)和經(jīng)濟考核，以此改善電網(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)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。