水電站無(wú)功補(bǔ)償效益分析

河南省農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展中心 李 冰

河南省農(nóng)田水利水土保持技術(shù)推廣站 張佳男

水電站無(wú)功補(bǔ)償效益分析

河南省農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展中心 李 冰

河南省農(nóng)田水利水土保持技術(shù)推廣站 張佳男

在河南省的小水電站中，大多為徑流式電站（即無(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)的電站），這種水電站可調(diào)節(jié)性較差，無(wú)功功率輸出占用了較大的功率空間，在豐水季節(jié)嚴(yán)重影響發(fā)電效益。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，可以提供感性負(fù)載所消耗的無(wú)功功率，減少電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供并由線路輸送的無(wú)功功率。由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗，這就是無(wú)功補(bǔ)償。本文，筆者主要介紹了無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞剑a(bǔ)償功率的確定和經(jīng)濟(jì)效益的比較，以期利用無(wú)功補(bǔ)償提高電站發(fā)電量和發(fā)電質(zhì)量。

一、無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?/h2>

電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的設(shè)計(jì)容量是恒定的，系統(tǒng)無(wú)功功率的增加雖然不消耗能量，但是卻占用了較大的容量空間，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，通過(guò)增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠有效減少新建工程的裝機(jī)容量。對(duì)于改擴(kuò)建工程，則能夠在原有的設(shè)計(jì)容量上進(jìn)行擴(kuò)充，從而減少投資。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)牧硪粋€(gè)作用就是有效降低線路損耗。由公式Δ Ρ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%（其中，cosθ為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cos Φ為補(bǔ)償前的功率因數(shù)），可得cosθ>cosΦ。所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了。減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/h2>

無(wú)功補(bǔ)償通常通過(guò)在線路中投切電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。投切電容主要有高壓直投式電容無(wú)功補(bǔ)償、低壓手動(dòng)式無(wú)功補(bǔ)償、低壓全自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)饶Ｊ健?/p>

1.高壓直投式電容無(wú)功補(bǔ)償。即直接把高壓電容掛在變壓器高壓側(cè)來(lái)補(bǔ)償無(wú)功。這種方式投資成本較低，但是由于該方式運(yùn)行在高壓環(huán)境中且不帶任何控制保護(hù)措施，人員投掛時(shí)容易產(chǎn)生電弧或尖端放電，運(yùn)行不安全。且無(wú)論系統(tǒng)和機(jī)組需求多少，補(bǔ)償功率一直不變，長(zhǎng)期運(yùn)行，容易發(fā)生瞬間高壓和附近變電所癱瘓等事故?，F(xiàn)供電部門已禁止采用這種補(bǔ)償方式。

2.低壓手動(dòng)式無(wú)功補(bǔ)償。目前采用比較多的為低壓電容器+刀開(kāi)關(guān)組合的補(bǔ)償方式。比較高級(jí)的是電容器柜型。采用手動(dòng)投切電容方式實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償，雖然可以減少部分無(wú)功罰款，但是由于不能精確測(cè)量大網(wǎng)無(wú)功需求，容易出現(xiàn)補(bǔ)償不夠或過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r，會(huì)造成系統(tǒng)母線電壓升高、電流增大，為電站運(yùn)行埋下隱患。

3.低壓全自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式根據(jù)電力系統(tǒng)無(wú)功考核系數(shù)設(shè)定無(wú)功補(bǔ)償容量，實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)和電站需求的無(wú)功功率，做到同步補(bǔ)償，并且剛好達(dá)到平衡，不增加電壓和電流，運(yùn)行安全。

通過(guò)上述3種補(bǔ)償方式的比較可以看出，無(wú)功補(bǔ)償同電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和同步性至關(guān)重要。只有供需達(dá)到平衡，才能保證電站母線額定電壓及電流的穩(wěn)定。

三、水電站無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?/h2>

河南省的水電站大多為徑流式電站（即無(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)的電站），這種水電站沒(méi)有或僅有很小的調(diào)蓄能力，發(fā)電基本屬于靠天吃飯。河南省電業(yè)局對(duì)無(wú)功功率的考核指標(biāo)為0.8。在豐水季節(jié)，水電機(jī)組如果按照此標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電，則不能充分利用水能資源，造成較多的棄水；如果充分利用水資源，多發(fā)有功電力，則電站的無(wú)功考核就不能達(dá)到上級(jí)要求。無(wú)功補(bǔ)償裝置的出現(xiàn)，可有效解決這一難題。以下，筆者通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，比較一下無(wú)功補(bǔ)償在水電站效益上的優(yōu)越性。

1.純功率補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。假設(shè)一臺(tái)裝機(jī)320kW的機(jī)組（400kVA，機(jī)組額定功率因數(shù)為0.8），豐水期可以全滿發(fā)，電價(jià)為0.36元，其中少發(fā)3kW·h無(wú)功電力扣1kW·h有功電力。

（1）不浪費(fèi)水，全部發(fā)有功對(duì)應(yīng)的無(wú)功罰款。電站月發(fā)電量為288 000kW·h，欠發(fā)無(wú)功電力為216 000kW·h，需扣電量為72 000kW· h，因此實(shí)際結(jié)算電量為216 000kW·h，月結(jié)算電價(jià)為7.776萬(wàn)元。

（2）浪費(fèi)水，功率因數(shù)達(dá)到供電局的要求。電站月發(fā)電量為230 400kW·h，合8.294 4萬(wàn)元。

（3）使用無(wú)功補(bǔ)償后的發(fā)電量為288 000kW·h，合10.368萬(wàn)元。

通過(guò)上述計(jì)算，加設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置后，電站每月多收入2萬(wàn)元。

2.節(jié)省發(fā)電機(jī)損耗的效益。新發(fā)電機(jī)典型效率為90%，考慮勵(lì)磁功率一般為發(fā)電機(jī)容量的5%，因此實(shí)際發(fā)電機(jī)損耗約為15%，即每發(fā)出100kW·h有功或無(wú)功電力，損耗15kW·h有功電力。采用電站無(wú)功補(bǔ)償裝置后，400kVA的機(jī)組（320kW，機(jī)組額定功率因數(shù)0.8）發(fā)純有功電力可以節(jié)約損耗12kW，相當(dāng)于一年可以增加發(fā)電量3.6萬(wàn)kW·h有功電力（按豐水期發(fā)電時(shí)長(zhǎng)3 000h計(jì)），年增加收入1.296萬(wàn)元。

以上計(jì)算，是按照發(fā)電機(jī)最好工況計(jì)算的，如果電站采用枯水時(shí)期發(fā)無(wú)功以彌補(bǔ)無(wú)功欠缺，損耗將更大。極端例子是發(fā)電機(jī)發(fā)有功時(shí)不發(fā)無(wú)功，發(fā)無(wú)功時(shí)不發(fā)有功，對(duì)于400kVA機(jī)組，總機(jī)組年需72萬(wàn)kW·h無(wú)功電力，年可節(jié)約有功損耗為10.8萬(wàn)kW·h，一年機(jī)組可增加收入為3.888萬(wàn)元。

3.減少發(fā)電機(jī)發(fā)熱，延長(zhǎng)使用壽命。采用無(wú)功補(bǔ)償后，可以顯著減少發(fā)電機(jī)的工作電流，減小發(fā)熱，有效延緩其絕緣老化速度，延長(zhǎng)了使用壽命。

四、結(jié)論

河南省電站的功率考核指標(biāo)是0.8，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后，電站功率因數(shù)提高到1.0，相當(dāng)于所有電站裝機(jī)提高了20%，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。目前，河南省小水電裝機(jī)已達(dá)36.8萬(wàn)kW，無(wú)功補(bǔ)償還鮮有應(yīng)用，如果能將此技術(shù)予以推廣，定能大大提高發(fā)電效益。