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      1. 無功補償裝置在小水電的應用

        時間:2024-09-06 00:49:17 機電畢業論文 我要投稿
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        無功補償裝置在小水電的應用

        摘要: 無功補償裝置是依據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(發電機)和線路的功率,從而達到減少電能損耗這一原理制成的一種裝置。近年來,此裝置在用電企業和供電局中普遍采用,取得十分好的經濟效益,證明這是一項十分成熟的技術。由于種種原因,未見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電廠增加出力的問題,應用了無功補償裝置這一技術,達到機組增容的目的,也取得了相當好的效果。

        關鍵詞:  無功補償    提高功率因數    增加出力    降低線損

        一、 紅旗水力發電廠概況
            黔東南州地方電力總公司屬下的紅旗水力發電廠,座落在鎮遠縣涌溪鄉,屬于沅江支流的舞陽河上,距鎮遠縣城13km。電廠于1971年開工建設,1981年投產發電。電廠共裝機四臺,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。主接線采用單母分段的方式向舞陽河地方電網供電,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在鎮遠縣城,再由鎮遠縣城向國電凱里供電局上網。線路長10km,電壓35kv?値烊4740萬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發電,增加了紅旗電廠的徑流量。有了上述兩個變化,使提高電廠出力有了可能。

        二、 增容改造的由來
            1994年,3#、4#發電機定子線圈絕緣老化,決定更換定子線圈,此項工作由原生產廠家天津發電設備廠承擔。廠家建議,他們的水輪機出力可以提高,是否在更換線圈時,連同發電機增容一起考慮。即使現在不按增容運行,也為以后增容創造條件。廠家建議增容到3800kw。我們采納了廠家建議,發電機線圈按3800kw更換。當時更換線圈,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,就是主變和線路未改造,主變和線路的容量仍然在限制發電機的出力。直到2002年底,我們在聯網點加裝了無功補償裝置,克服了主變和線路容量不夠大這個難題,增容才得以實現。

        三、 加裝無功補償裝置實現增容運行。
            由于行業和商業的原因 ,以往一說到發電廠增容改造,發電機廠家就推薦改造發電機線圈的辦法,但這不是唯一的辦法。無功補償裝置廠家,也只是注重用電企業和供電局。這次,我們把無功補償裝置用于水力發電廠,取得了很好的效果。
            2002年,省水利廳發文,批準紅旗水力發電廠進行增容技術改造,即對3#、4#機進行增容改造增至單機3800kw。由于線圈改造工作已于94年完成,此次只對主變壓器和全廠的電氣控制保護設備進行改造。因為控制保護部分與增容關系不大,本文不贅述了,只談一談如何解決主變和線路的問題。
            當時我們考慮,發電機增容,主變增容,但線路不改造,就還有一個瓶頸,還是達不到增加出力的目的。如果主變、線路不改造而在鎮遠加裝無功補償裝置,減少無功電流的輸送,提高電廠運行的功率因數,就可以達到提高發電廠有功出力的目的,達到增容的要求。
            要使主變和線路電流不超過增容改造前的水平,只要發電機增容后還保持增容前的電流即原來的額定電流就可以了。這可以通過提高發電機運行的功率因數來達到。發電機原額定功率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網,上網功率因數按0.8考核,并且以上網的無功電能折算上網的有功電能,我們在鎮遠的功率因數達0.86或以上。如果紅旗電廠按增容后的出力運行,上網的功率因數將更高。為了解決這個問題,只有在鎮遠(聯網點)裝設無功補償裝置才能解決(才能保證上網的功率因數為0.8)。
            經過反復認真的論證,我們決定暫緩主變改造,而在鎮遠開關站加裝無功補償裝置。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,六氟化硫開關一臺,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(設備和土建、征地)120.78萬元。在試運行期間測試,紅旗電廠輸送有功功率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。無功補償裝置輸出無功功率為6500~7000KVAR,開關站母線電壓為38~38.5KV,上網功率因數為0.8,完全達到了預期的要求。
        四、 加裝無功補償裝置產生的效益
        1、紅旗電廠發電量增加
            我們只計算豐水期5、6、7三個月多發的電量,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一至2臺機組)。補償之前,紅旗電廠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,無功補償裝置往電網輸送無功功率7000KVAR,也就是說,從電廠到鎮遠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,而變動損失與輸送電流大小有關,與通過網上電流的平方成正比。因此,我們只計算變動損失的變化。但也無法確定其絕對值,只是計算在同一時段補償投運后的變動損失占投運前的百分比。
            經計算,補償后的變動損失占補償前的67%,也就是說,變動損失下降了33%。這一項的效益是巨大的,因為不管電廠以何種方式運行,豐水也好,枯水也罷,只要補償投入運行,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,我們假定變動部分為300萬kwh。那么補償投運后降低的線損電量為300萬kwh×33%=99萬kwh。加上電廠多發電356萬kwh,全年增加電量為455萬kwh。以不含稅價0.2元/kwh計算創收益91萬元。
        3、保證聯網點電壓正常,改善了電能質量
            無功補償裝置投運一年多的實踐證明,只要精心調度,無功補償裝置正確投切,電廠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,都能保證聯網點母線電壓在38.5kv左右,往電網輸送足夠的無功功率,上網功率因數為0.8。
        五、建議
        1、內部、外部環境和技術條件與紅旗水力發電廠相仿的電廠,不妨通過論證一試。
        2、以后新建水電廠,如果電廠離并網點或負荷中心較遠,在設計時,最好把設置無功補償裝置,作為一種技術方案,加以考慮。

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