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无功补偿装置在小水电的应用
2011/10/25 7:31:37    新闻来源:中国电力新闻网
  无功补偿装置是依据无功功率不从电源和线路上取得,而是按照消耗无功功率的大小就地取得,以充分利用电源(发电机)和线路的功率,从而达到减少电能损耗这一原理制成的一种装置。近年来,此装置在用电企业和供电局中普遍采用,取得十分好的经济效益,证明这是一项十分成熟的技术。由于种种原因,未见在小水电中应用的报道。黔东南州地方电力总公司,为了解决红旗水力发电厂增加出力的问题,应用了无功补偿装置这一技术,达到机组增容的目的,也取得了相当好的效果。

  红旗水力发电厂概况

  黔东南州地方电力总公司属下的红旗水力发电厂,座落在镇远县涌溪乡,属于沅江支流的舞阳河上,距镇远县城13km。电厂于1971年开工建设,1981年投产发电。电厂共装机四台,单机容量3200kw,总容量12800kw。水轮机额定水头34.5m,额定流量12.6m3/s,额定出力3380kw。主接线采用单母分段的方式向舞阳河地方电网供电,由红旗电厂、观音岩电厂和诸葛洞电厂组成的舞阳河地方电网在镇远县城,再由镇远县城向国电凯里供电局上网。线路长10km,电压35kv。总库容4740万m3,有效库容2040m3,大坝高56m,溢流面高程503m,原先是无控制的自由坝顶溢流。1986年,在坝顶加装六扇闸门,门长10m,高5.2m。这样,提高了水头,增加了库容。1990年,上游的观音岩电厂投产发电,增加了红旗电厂的径流量。有了上述两个变化,使提高电厂出力有了可能。

  增容改造的由来

  1994年,3#、4#发电机定子线圈绝缘老化,决定更换定子线圈,此项工作由原生产厂家天津发电设备厂承担。厂家建议,他们的水轮机出力可以提高,是否在更换线圈时,连同发电机增容一起考虑。即使现在不按增容运行,也为以后增容创造条件。厂家建议增容到3800kw。我们采纳了厂家建议,发电机线圈按3800kw更换。当时更换线圈,主要是解决绝缘问题,增容只是次要的考虑。 线圈更换之后,按说3#、4#机可以按3800kw出力运行,但由于诸多原因,直到2002年都是按3200kw运行。其中主要原因之一,就是主变和线路未改造,主变和线路的容量仍然在限制发电机的出力。直到2002年底,我们在联网点加装了无功补偿装置,克服了主变和线路容量不够大这个难题,增容才得以实现。

  加装无功补偿装置实现增容运行

  由于行业和商业的原因 ,以往一说到发电厂增容改造,发电机厂家就推荐改造发电机线圈的办法,但这不是唯一的办法。无功补偿装置厂家,也只是注重用电企业和供电局。这次,我们把无功补偿装置用于水力发电厂,取得了很好的效果。

  2002年,省水利厅发文,批准红旗水力发电厂进行增容技术改造,即对3#、4#机进行增容改造增至单机3800kw。由于线圈改造工作已于94年完成,此次只对主变压器和全厂的电气控制保护设备进行改造。因为控制保护部分与增容关系不大,本文不赘述了,只谈一谈如何解决主变和线路的问题。

  当时我们考虑,发电机增容,主变增容,但线路不改造,就还有一个瓶颈,还是达不到增加出力的目的。如果主变、线路不改造而在镇远加装无功补偿装置,减少无功电流的输送,提高电厂运行的功率因数,就可以达到提高发电厂有功出力的目的,达到增容的要求。

  要使主变和线路电流不超过增容改造前的水平,只要发电机增容后还保持增容前的电流即原来的额定电流就可以了。这可以通过提高发电机运行的功率因数来达到。发电机原额定功率3200kw,电压6.3kv,电流366.5A,功率因数为0.8。增容为3800kw,要使电流不变,功率因数为  cos  =0.95  在镇远加装无功补偿装置,我们还有另外一层考虑。我们在镇远与凯里供电局联网,上网功率因数按0.8考核,并且以上网的无功电能折算上网的有功电能,我们在镇远的功率因数达0.86或以上。如果红旗电厂按增容后的出力运行,上网的功率因数将更高。为了解决这个问题,只有在镇远(联网点)装设无功补偿装置才能解决(才能保证上网的功率因数为0.8)。

  经过反复认真的论证,我们决定暂缓主变改造,而在镇远开关站加装无功补偿装置。委托湖南紫光测控有限公司设计和提供设备。补偿容量为7200KVAR。主要设备有滤波电容器24只,滤波电抗器3台,六氟化硫开关一台,电容测控装置一套,放电PT3台。设备于2002年12月投入运行,总造价(设备和土建、征地)120.78万元。在试运行期间测试,红旗电厂输送有功功率14000kw,即3#、4#机按有功功率3800kw,cos 为0.95运行,1#、2#机按3200kw,cos 为0.8运行。无功补偿装置输出无功功率为6500~7000KVAR,开关站母线电压为38~38.5KV,上网功率因数为0.8,完全达到了预期的要求。


  加装无功补偿装置产生的效益

  我们只计算丰水期5、6、7三个月多发的电量,因为机组增容增加电量主要是丰水期,在其于期间增容对增加电量的作用不大(因库容不够每天只能发一至2台机组)。补偿之前,红旗电厂被迫降低功率因数运行,常降至0.75,3#、4#机只能按3000kw运行,补偿后按3800kw运行,两台机比补偿前共多带1600kw,因为偶有停机等原因,三个月按90天算:

  1600kw×24h×90=345.6万kw.h。

  减少了线路损失

  前面已说到,在红旗电厂输送14000kw有功功率时,无功补偿装置往电网输送无功功率7000KVAR,也就是说,从电厂到镇远的线路少输送无功功率7000KVAR,线路上电流减少了,因而线损也减少了。

  线损一般包括固定损失、变动损失两大部分,固定损失是不随输送电流大小变化的,而变动损失与输送电流大小有关,与通过网上电流的平方成正比。因此,我们只计算变动损失的变化。但也无法确定其绝对值,只是计算在同一时段补偿投运后的变动损失占投运前的百分比。

  经计算,补偿后的变动损失占补偿前的67%,也就是说,变动损失下降了33%。这一项的效益是巨大的,因为不管电厂以何种方式运行,丰水也好,枯水也罢,只要补偿投入运行,线损下降这一效益就始终存在。前三年平均线损电量为380万kwh,这里面包含了固定部分,我们假定变动部分为300万kwh。那么补偿投运后降低的线损电量为300万kwh×33%=99万kwh。加上电厂多发电356万kwh,全年增加电量为455万kwh。以不含税价0.2元/kwh计算创收益91万元。

  保证联网点电压正常,改善了电能质量

  无功补偿装置投运一年多的实践证明,只要精心调度,无功补偿装置正确投切,电厂对运行的功率因数正确调整,则不管何种运行方式,输送功率多少,都能保证联网点母线电压在38.5kv左右,往电网输送足够的无功功率,上网功率因数为0.8。

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