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無功補(bǔ)償裝置在小水電的應(yīng)用

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摘要: 無功補(bǔ)償裝置是依據(jù)無功功率不從電源和線路上取得,而是按照消耗無功功率的大小就地取得,以充分利用電源(發(fā)電機(jī))和線路的功率,從而達(dá)到減少電能損耗這一原理制成的一種裝置。近年來,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(jì)效益,證明這是一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)。由于種種原因,未見在小水電中應(yīng)用的報(bào)道。黔東南州地方電力總公司,為了解決紅旗水力發(fā)電廠增加出力的問題,應(yīng)用了無功補(bǔ)償裝置這一技術(shù),達(dá)到機(jī)組增容的目的,也取得了相當(dāng)好的效果。
關(guān)鍵詞: 無功補(bǔ)償 提高功率因數(shù) 增加出力 降低線損
一、 紅旗水力發(fā)電廠概況
黔東南州地方電力總公司屬下的紅旗水力發(fā)電廠,座落在鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣涌溪鄉(xiāng),屬于沅江支流的舞陽河上,距鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣城13km。電廠于1971年開工建設(shè),1981年投產(chǎn)發(fā)電。電廠共裝機(jī)四臺(tái),單機(jī)容量3200kw,總?cè)萘?2800kw。水輪機(jī)額定水頭34.5m,額定流量12.6m3/s,額定出力3380kw。主接線采用單母分段的方式向舞陽河地方電網(wǎng)供電,由紅旗電廠、觀音巖電廠和諸葛洞電廠組成的舞陽河地方電網(wǎng)在鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣城,再由鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣城向國電凱里供電局上網(wǎng)。線路長(zhǎng)10km,電壓35kv??値烊?740萬m3,有效庫容2040m3,大壩高56m,溢流面高程503m,原先是無控制的自由壩頂溢流。1986年,在壩頂加裝六扇閘門,門長(zhǎng)10m,高5.2m。這樣,提高了水頭,增加了庫容。1990年,上游的觀音巖電廠投產(chǎn)發(fā)電,增加了紅旗電廠的徑流量。有了上述兩個(gè)變化,使提高電廠出力有了可能。
二、 增容改造的由來
1994年,3#、4#發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣老化,決定更換定子線圈,此項(xiàng)工作由原生產(chǎn)廠家天津發(fā)電設(shè)備廠承擔(dān)。廠家建議,他們的水輪機(jī)出力可以提高,是否在更換線圈時(shí),連同發(fā)電機(jī)增容一起考慮。即使現(xiàn)在不按增容運(yùn)行,也為以后增容創(chuàng)造條件。廠家建議增容到3800kw。我們采納了廠家建議,發(fā)電機(jī)線圈按3800kw更換。當(dāng)時(shí)更換線圈,主要是解決絕緣問題,增容只是次要的考慮。 線圈更換之后,按說3#、4#機(jī)可以按3800kw出力運(yùn)行,但由于諸多原因,直到2002年都是按3200kw運(yùn)行。其中主要原因之一,就是主變和線路未改造,主變和線路的容量仍然在限制發(fā)電機(jī)的出力。直到2002年底,我們?cè)诼?lián)網(wǎng)點(diǎn)加裝了無功補(bǔ)償裝置,克服了主變和線路容量不夠大這個(gè)難題,增容才得以實(shí)現(xiàn)。
三、 加裝無功補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)增容運(yùn)行。
由于行業(yè)和商業(yè)的原因 ,以往一說到發(fā)電廠增容改造,發(fā)電機(jī)廠家就推薦改造發(fā)電機(jī)線圈的辦法,但這不是唯一的辦法。無功補(bǔ)償裝置廠家,也只是注重用電企業(yè)和供電局。這次,我們把無功補(bǔ)償裝置用于水力發(fā)電廠,取得了很好的效果。
2002年,省水利廳發(fā)文,批準(zhǔn)紅旗水力發(fā)電廠進(jìn)行增容技術(shù)改造,即對(duì)3#、4#機(jī)進(jìn)行增容改造增至單機(jī)3800kw。由于線圈改造工作已于94年完成,此次只對(duì)主變壓器和全廠的電氣控制保護(hù)設(shè)備進(jìn)行改造。因?yàn)榭刂票Wo(hù)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路的問題。
當(dāng)時(shí)我們考慮,發(fā)電機(jī)增容,主變?cè)鋈?,但線路不改造,就還有一個(gè)瓶頸,還是達(dá)不到增加出力的目的。如果主變、線路不改造而在鎮(zhèn)遠(yuǎn)加裝無功補(bǔ)償裝置,減少無功電流的輸送,提高電廠運(yùn)行的功率因數(shù),就可以達(dá)到提高發(fā)電廠有功出力的目的,達(dá)到增容的要求。
要使主變和線路電流不超過增容改造前的水平,只要發(fā)電機(jī)增容后還保持增容前的電流即原來的額定電流就可以了。這可以通過提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)來達(dá)到。發(fā)電機(jī)原額定功率3200kw,電壓6.3kv,電流366.5A,功率因數(shù)為0.8。增容為3800kw,要使電流不變,功率因數(shù)為 cos =0.95 在鎮(zhèn)遠(yuǎn)加裝無功補(bǔ)償裝置,我們還有另外一層考慮。我們?cè)阪?zhèn)遠(yuǎn)與凱里供電局聯(lián)網(wǎng),上網(wǎng)功率因數(shù)按0.8考核,并且以上網(wǎng)的無功電能折算上網(wǎng)的有功電能,我們?cè)阪?zhèn)遠(yuǎn)的功率因數(shù)達(dá)0.86或以上。如果紅旗電廠按增容后的出力運(yùn)行,上網(wǎng)的功率因數(shù)將更高。為了解決這個(gè)問題,只有在鎮(zhèn)遠(yuǎn)(聯(lián)網(wǎng)點(diǎn))裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置才能解決(才能保證上網(wǎng)的功率因數(shù)為0.8)。
經(jīng)過反復(fù)認(rèn)真的論證,我們決定暫緩主變改造,而在鎮(zhèn)遠(yuǎn)開關(guān)站加裝無功補(bǔ)償裝置。委托湖南紫光測(cè)控有限公司設(shè)計(jì)和提供設(shè)備。補(bǔ)償容量為7200KVAR。主要設(shè)備有濾波電容器24只,濾波電抗器3臺(tái),六氟化硫開關(guān)一臺(tái),電容測(cè)控裝置一套,放電PT3臺(tái)。設(shè)備于2002年12月投入運(yùn)行,總造價(jià)(設(shè)備和土建、征地)120.78萬元。在試運(yùn)行期間測(cè)試,紅旗電廠輸送有功功率14000kw,即3#、4#機(jī)按有功功率3800kw,cos 為0.95運(yùn)行,1#、2#機(jī)按3200kw,cos 為0.8運(yùn)行。無功補(bǔ)償裝置輸出無功功率為6500~7000KVAR,開關(guān)站母線電壓為38~38.5KV,上網(wǎng)功率因數(shù)為0.8,完全達(dá)到了預(yù)期的要求。
四、 加裝無功補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的效益
1、紅旗電廠發(fā)電量增加
我們只計(jì)算豐水期5、6、7三個(gè)月多發(fā)的電量,因?yàn)闄C(jī)組增容增加電量主要是豐水期,在其于期間增容對(duì)增加電量的作用不大(因庫容不夠每天只能發(fā)一至2臺(tái)機(jī)組)。補(bǔ)償之前,紅旗電廠被迫降低功率因數(shù)運(yùn)行,常降至0.75,3#、4#機(jī)只能按3000kw運(yùn)行,補(bǔ)償后按3800kw運(yùn)行,兩臺(tái)機(jī)比補(bǔ)償前共多帶1600kw,因?yàn)榕加型C(jī)等原因,三個(gè)月按90天算:
1600kw×24h×90=345.6萬kw.h。
2、減少了線路損失
前面已說到,在紅旗電廠輸送14000kw有功功率時(shí),無功補(bǔ)償裝置往電網(wǎng)輸送無功功率7000KVAR,也就是說,從電廠到鎮(zhèn)遠(yuǎn)的線路少輸送無功功率7000KVAR,線路上電流減少了,因而線損也減少了。
線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),與通過網(wǎng)上電流的平方成正比。因此,我們只計(jì)算變動(dòng)損失的變化。但也無法確定其絕對(duì)值,只是計(jì)算在同一時(shí)段補(bǔ)償投運(yùn)后的變動(dòng)損失占投運(yùn)前的百分比。
經(jīng)計(jì)算,補(bǔ)償后的變動(dòng)損失占補(bǔ)償前的67%,也就是說,變動(dòng)損失下降了33%。這一項(xiàng)的效益是巨大的,因?yàn)椴还茈姀S以何種方式運(yùn)行,豐水也好,枯水也罷,只要補(bǔ)償投入運(yùn)行,線損下降這一效益就始終存在。前三年平均線損電量為380萬kwh,這里面包含了固定部分,我們假定變動(dòng)部分為300萬kwh。那么補(bǔ)償投運(yùn)后降低的線損電量為300萬kwh×33%=99萬kwh。加上電廠多發(fā)電356萬kwh,全年增加電量為455萬kwh。以不含稅價(jià)0.2元/kwh計(jì)算創(chuàng)收益91萬元。
3、保證聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)電壓正常,改善了電能質(zhì)量
無功補(bǔ)償裝置投運(yùn)一年多的實(shí)踐證明,只要精心調(diào)度,無功補(bǔ)償裝置正確投切,電廠對(duì)運(yùn)行的功率因數(shù)正確調(diào)整,則不管何種運(yùn)行方式,輸送功率多少,都能保證聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)母線電壓在38.5kv左右,往電網(wǎng)輸送足夠的無功功率,上網(wǎng)功率因數(shù)為0.8。
五、建議
1、內(nèi)部、外部環(huán)境和技術(shù)條件與紅旗水力發(fā)電廠相仿的電廠,不妨通過論證一試。
2、以后新建水電廠,如果電廠離并網(wǎng)點(diǎn)或負(fù)荷中心較遠(yuǎn),在設(shè)計(jì)時(shí),最好把設(shè)置無功補(bǔ)償裝置,作為一種技術(shù)方案,加以考慮。
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