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小水電無功電量不足的分析與對策
針對目前小水電站,尤其是農(nóng)村小型水電站,因受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響,無功上網(wǎng)時(shí)有不足,這種現(xiàn)象不但影響了小水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,也關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。小水電無功電量不足不但降低用電設(shè)備的工作效率,也降低電氣設(shè)備的使用壽命。降損節(jié)能、提高效率旨在提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電電壓水平,而小水電上網(wǎng)電能質(zhì)量的好壞也直接關(guān)系到電網(wǎng)和小水電的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠運(yùn)行。現(xiàn)對小水電無功電量不足的總結(jié)與分析,對如何解決小水電無功電量不足提出幾點(diǎn)建議和處理方法。
0概述
隨著近年水電農(nóng)村電氣化縣建設(shè)資金的投入,農(nóng)村水電建設(shè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大,尤其在水力資源較好的偏遠(yuǎn)山區(qū),小水電裝機(jī)容量在電網(wǎng)中所占比例逐漸壯大,水電上網(wǎng)電能質(zhì)量和無功上網(wǎng)不足直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量和小水電的經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可靠運(yùn)行。滿足電網(wǎng)對小水電無功上網(wǎng)電量的要求,是小水電和電網(wǎng)降損節(jié)能、提高效率的重要管理手段和科學(xué)的技術(shù)保障。經(jīng)濟(jì)有效解決小水電無功上網(wǎng)電量不足對水電站經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可靠運(yùn)行致關(guān)重要。
1小水電無功電量不足的分析
1.1提高小水電無功電量的重要性途徑。電力系統(tǒng)無功電量不足對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行將產(chǎn)生很大影響,無功電量多少是衡量和考核電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。小水電無功上網(wǎng)電量是電力系統(tǒng)考核小水電站電能質(zhì)量的重要指標(biāo),無功上網(wǎng)電量直接與小水電的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行掛鉤。針對這一情況,大部分小水電站相繼投入了物力、財(cái)力來改善小水電無功上網(wǎng)電量的不足,方法大都采用改造勵(lì)磁設(shè)備,增大勵(lì)磁電流;投入發(fā)電設(shè)備,枯水期調(diào)相運(yùn)行;增設(shè)電力電容等措施,雖然這些方法投資大,但也有效改善無功上網(wǎng)電量和提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。
1.2小水電無功電量受上網(wǎng)電壓影響。小水電站大都建在偏遠(yuǎn)山區(qū),上網(wǎng)線路半經(jīng)大,用電負(fù)荷變化大,加之農(nóng)村小型水電站上網(wǎng)電壓等級較低,一般大都在10kv電壓等級,后夜電壓高達(dá)11kv以上,按電力變壓器的最低檔電壓反眏到低壓側(cè)電壓在0.45kv左右,直接影響小水電的無功上網(wǎng)電量不足。
1.3改變變壓器調(diào)壓范圍是滿足無功上網(wǎng)電量的不足的方法之一。針對這一原因,并通過對小水電站電氣運(yùn)行理論分析,提出應(yīng)重視改變變壓器的變壓比即匝數(shù)比,有效改善無功上網(wǎng)電量不足,在保持發(fā)電機(jī)端電壓400V±5%不變,增大主變壓器高壓側(cè)電壓值的變壓器設(shè)計(jì)方法,從而改變高低壓側(cè)電壓有效值,并利用變壓器分接開關(guān)增大變壓器電壓調(diào)整范圍,升高上網(wǎng)電壓,滿足無功上網(wǎng)電量。從理論上講,該方法能保證發(fā)電機(jī)端電壓在規(guī)定值運(yùn)行,提高發(fā)電機(jī)和電氣設(shè)備的使用壽命和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,有效解決無功上網(wǎng)電量不足和電網(wǎng)供電質(zhì)量。
2.提高小水電無功上網(wǎng)措施的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比較
2.1改善勵(lì)磁條件。采用改善勵(lì)磁條件,增大勵(lì)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,勵(lì)磁控制質(zhì)量的好壞直接影響上網(wǎng)電量質(zhì)量和電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量,但這種方法不能完全有效解決小水電尤其是農(nóng)村偏遠(yuǎn)、上網(wǎng)條件較差的小水電站,當(dāng)電網(wǎng)電壓夜間過高時(shí),增大勵(lì)磁電流是有限的,即使超出增大勵(lì)磁電流發(fā)電機(jī)額定值范圍,有些電站不但不能滿足無功上網(wǎng)的需要,長期超出發(fā)電機(jī)額定電壓值運(yùn)行對發(fā)電機(jī)絕緣和使用壽命有很大影響。
2.2增設(shè)電力電容。增設(shè)電力電容是有效補(bǔ)償無功電量不足的途徑,但這種方法需要設(shè)備多、投資大、不宜節(jié)省空間等缺點(diǎn)。
2.3利用發(fā)電設(shè)備調(diào)相運(yùn)行。對徑流式電站一般在枯水期,設(shè)備多的情況下采用,時(shí)間局限性強(qiáng)。
2.4改變主變壓器變壓比及調(diào)壓范圍。也是有效改善水電站無功上網(wǎng)電量不足的有效措施,是增大無功上網(wǎng)電量的有效途徑之一。該方法對新建和技改水電站在更換主變壓器時(shí),根據(jù)電網(wǎng)電壓變化幅度范圍,進(jìn)行計(jì)算分析,在購置設(shè)備時(shí)提供加工技術(shù)數(shù)據(jù),該方法基本不需二次投資和增加投資,可有效提高無功上網(wǎng)電量。存在問題是:改變變壓比是單一的追求小水電無功上網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)利益,小水電占電力網(wǎng)比重大時(shí),對電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量產(chǎn)生影響,而該方法示小水電上網(wǎng)電壓情況確定。一般情況是:小水電站在地方電網(wǎng)中所占比重小,當(dāng)并入無限大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí),發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性軟,不能左右電網(wǎng)電壓高低,不會影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
3電網(wǎng)電壓參數(shù)分析及處理對策
3.1電網(wǎng)電壓參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析。通過對電網(wǎng)電壓變化幅度分析,并隨機(jī)抽查電壓變化幅度大的夏、冬季目一天的電網(wǎng)電氣參數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析見表一。
表一:電網(wǎng)典型電壓統(tǒng)計(jì)分析
電壓值高中低
一次側(cè)12.1kv11.6kv11.0kv
二次側(cè)0.48kv0.46kv0.44kv
夏季凌晨1-5點(diǎn)時(shí)段10kv電網(wǎng)電壓12.1kv經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.48kv;5-9點(diǎn)時(shí)段10kv電網(wǎng)電壓11.6kv經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.46kv;9-18點(diǎn)時(shí)段10kv電網(wǎng)電壓11kv經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.44kv;18-24點(diǎn)時(shí)段11kv電網(wǎng)電壓經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.44kv;網(wǎng)絡(luò)電壓過高無功上網(wǎng)受限制。
經(jīng)過對電網(wǎng)電壓即電氣參數(shù)分析計(jì)算確定,改變變壓器匝數(shù)比后,利用變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)匝數(shù)比,表二:變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算。
表二:變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算
一次側(cè)二次側(cè)
開關(guān)位置電壓(kv)電流(kA)匝數(shù)開關(guān)位置電壓(kv)電流(kA)匝數(shù)
?、?2.17.61362Ⅰ0.423145
?、?1.68.01300Ⅱ0.423145
?、?1.08.41238Ⅲ0.423145
?、?0.58.81177Ⅳ0.423145
?、?.99.31115Ⅴ0.423145
通過計(jì)算電壓值表二可知,在電網(wǎng)電壓過高時(shí),利用變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)電壓比即匝數(shù)比可滿足水電站無功上網(wǎng)的需要。
3.2舉例分析。一臺180kv.A的三相變壓器,聯(lián)結(jié),鐵芯截面SFe=160c㎡,鐵芯中最大磁通密度Bm=1.445T,試求:(1)一次及二次側(cè)繞組的匝數(shù);(2)按水電站設(shè)計(jì)計(jì)算變壓器要求,二次側(cè)電壓應(yīng)在額定值不變,利用高壓繞組抽頭和分接開關(guān)來升高高壓側(cè)電壓,滿足升高電壓范圍,現(xiàn)理論計(jì)算步驟和方法僅供參考?
解:
高壓繞組抽頭及匝數(shù)見表二“變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算”,通過利用高壓繞組抽頭和分接開關(guān)來改變高低壓側(cè)電壓有效值、使電壓有足夠大的調(diào)整范圍,有效解決電網(wǎng)電壓高對無功上網(wǎng)電量不足的影響,從而提高水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電網(wǎng)供電質(zhì)量及電氣設(shè)備的使用壽命。
4改善無功上網(wǎng)不足的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益
4.1經(jīng)濟(jì)效益。解決水電站無功電量上網(wǎng)的不足,滿足電網(wǎng)對水電站無功電量的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考核,提高水電運(yùn)行功率因數(shù)值,保證水電上網(wǎng)電能質(zhì)量,解決電網(wǎng)不因少發(fā)一千乏無功電量而扣減一千瓦有功電量和經(jīng)濟(jì)處罰的經(jīng)濟(jì)損失,提高水電運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益,增加水電經(jīng)濟(jì)收入。
4.2社會效益。提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量,保障電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性,解決小水電站無功上網(wǎng)電量不足,對改善電網(wǎng)功率因數(shù)、降低電網(wǎng)電能損失,提高電氣設(shè)備運(yùn)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(jì)效益和社會效益。
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