无功补偿装置在小型水电站的实际应用研究及案例分析

无功补偿装置在小型水电站的实际应用研究及案例分析

邓林

广西横县横县六蓝水库管理所530308

摘要：许多小型水电站存在无功发电量不足问题，造成售网电费被罚款。几年来我们经研究无功补偿问题，通过技改投入，使得存在问题得以解决。也为类似的中小型水电站效益的提高找到了一条有效的途径。

关键词：水电站；线路损耗；无功发电量；无功补偿；

引言

中小型水电站平均年利用小时数为2000到4000h。大部分时间都没有开启。当没有电力产生时，发电站需要消耗电网的有功功率和无功功率。一般来说正常的用电量包含有功电量和无功电量，而且具有一定的比例即功率因数。当发电生产阶段，发出有功的同时也应该发出相应的无功电量。其目的是为了降低线路电流，最终降低线路损耗。

本文以一个六蓝水库水电站为例，讨论了安装无功补偿装置对电站安装的意义。

1.小型水电站无功补偿装置存在的问题与解决方法

1.1现状问题

六蓝水库管理所除了水库管理外，还有四台400KW的水轮发电机组，发电机电压等级为0.4KV，因此配套有升压站。另外还有与机组端母线相联的低压供电网，主要是行政生活用电，早年前还供给一间木材加工厂，该厂原来没有无功补偿装置。因此，在水电站无水发电期间，管理所需向电网购买无功电量，费用当然由木材加工厂承担；在发电机组低水量发电期间，采用发电机低功率因数运行可以补偿木材厂所需无功功率；在丰水期发电的数个月里，发电无功电量就出现较多缺额，因此缺额无功电量部分，每度罚0.1元，损失不小。由此我们通过探索，发现了这一普遍存在的小型水电站无功不足问题的解决办法。

1.2原因分析及对策

出现上述问题，找解决办法首先都会想到无功补偿。无功补偿的途径大类分为静止电容器补偿和旋转电机补偿，后一种在水电站就是装设调相机或发电机低功率因数运行，调相机只能在大电网系统中存在。低功率因数（cosΦ）运行就是加大发电机励磁电流，多发无功电量，但由于发电机线圈老化，达到额定功率运行都成问题，平时发电cosΦ=0.95，因此无功缺额就大了。为了安全起见我们决定采用静止电容器补偿。

电容补偿在用电系统中分为分散就地补偿和集中补偿。

1.2.1针对木材加工厂无功补偿问题，由于该厂离主变较远的200m外，0.4KV低压线路就产生了不小的压降。我们采用就地补偿的方式，即在木材厂安装一台120KVar的电容补偿柜。控制方式采用功率因数型自动补偿器。当cosΦ=1时，线路中没有无功损耗，提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。运行结果是收到良好的经济效果，木材加工厂电机起动也明显加快。

1.2.2针对发电站无功电容补偿及其控制问题，我们开始研究的是如何确定无功缺额数据和补偿点，电容补偿控制器的选择等问题，这是重点问题。

图1320KW水轮发电机单机运行记录表

分析图一之前，我们固定几个前提条件：1、电站四台机均处于发电状态，且有功及无功功率分配均匀；2、发电机线圈绝缘老化，为了保障设备安全，目前的相电流不能再增加，即有功无功功率均不能再增加。3、机端电压为415V虽然高，但这种情况是丰水期抢发电，网上电压均高，因此不考虑电压因素。

1.2.2.1无功缺额的确定

我们经图表经统计平均分析，确定单机运行状况如下：

1）有功功率P=300KW;

2）功率因数cosΦ=0.90。

根据这两参数可计算无功功率：

Q1=S*sinΦ=P√(1-cos2Φ)/cosΦ-式1

其中：S-发电机视在功率。

因此无功功率Q1=P√(1-cos2Φ)/cosΦ=300√(1-0.92)/0.9=145（Kvar）。

电网要求cosΦ=0.8，即P=300KW时，电网要求无功功率Q2=300√(1-0.82)/0.8=225（Kvar）。

此时，我们可以初步确定P=300KW时发电机无功功率缺额为ΔQ=Q2-Q1=225-145=80（Kvar）

根据前提条件，4台发电机具有相同无功缺额，所以电站总无功缺额为ΔQ总=4×80=320（Kvar）。

因此选择装机容量为320（Kvar）。

1.2.2.2无功补偿点的确定

以上计算是根据发电机并网点0.4KV母线段的参数进行的，然而无功补偿点可以选择在该点，也可以选择在主变高压侧（10KV）进行补偿。后者的优点是可以省去主变压器所需的无功功率容量不补偿，其缺点是电容耐压等级高造成器件成本增加，控制操作电路成本也大，安全系数也没有优势。0.4KV母线段补偿相对上述高压段补偿的缺点而言，是具有优点的，只要主变压器容量余量足够。六兰水库电站的主变容量是1600KVA，而且属于新装节能型变压器（S11-1600-10/0.4）,可见主变容量足够。因此确定补偿点为0.4KV母线段。

图二水电站主接线图及电容补偿点示意图

1.2.2.3无功补偿控制方式的确定

在发电系统中无功补偿控制器控制原理不同于用电系统。用电系统的目标功率因数是cosφ=1，即用电设备所需容性无功功率全部由补偿装置提供，当然也不能过补偿。而发电系统的情况是应电网的要求，在发出一定的有功电量供用户使用时，必须提供相应比率的感性无功电量，以满足变压器、线路及用户对感性无功的的要求，所以这里的目标cosφ不是1，国家标准一般规定cosφ=0.8（滞后）。

因此，市面上很难找到现成产品出售。另外，小型电站的功率因数不需要实时准确，这里仅需要不歉无功电量就可以，所以采用自动控制装置有可能造成维护成本增加，故障率也高，因此我们选择人工投切。整套装置分八组，规定运行每一台发电机，就投入两组或一组，停机相应切除，避免过补偿。

2效果检查及经济分析

通过运行，我们成功避免了无功倒扣电费，原来年收入120万元左右的电站，每年被倒扣电费20多万元，自采用电容补偿后没有再倒扣。而投资仅两万元，相对于在机组改造上的投资（估计20万元）就低得多了。

3.结语

通过本项目的实施，我们了解到无功补偿装置的安装对于改善发电力率的作用在小型水电厂具有重要意义。它不仅改善力率，而且节省投资，主要是有助发电收入提高。本文为许多小型水电站的经济运行，改善发电质量提供参考。

参考文献

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