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在水電站的運(yùn)行工作中，發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)是經(jīng)常調(diào)整的一個參數(shù)，怎樣根據(jù)水電站季節(jié)性水量變化較大、發(fā)電機(jī)負(fù)荷不均的特點，合理地調(diào)整發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，滿足系統(tǒng)無功負(fù)荷的需求，解決在滿負(fù)荷運(yùn)行時發(fā)電機(jī)端電壓偏高的問題。對水電站的安全運(yùn)行及提高電站的經(jīng)濟(jì)效益，有著重要的意義。
博愛縣丹東水電站是丹河流域梯級開發(fā)的一座引水式水電站，電站總裝機(jī)容量為3130kW，其中有兩臺為1250kW和一臺630kW水輪發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)額定電壓為6.3kV，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為0.8，三臺發(fā)電機(jī)均為同步發(fā)電機(jī)。電站年發(fā)電量1400萬kW?h。1995年與大電網(wǎng)并網(wǎng)，同時電站有獨立的自供區(qū)。每年上網(wǎng)與自供負(fù)荷的比例為三比一。
由于電站的供電系統(tǒng)有兩個部分組成，電站必須合理調(diào)整發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，以滿足兩個系統(tǒng)對無功的需求。在電站自供區(qū)內(nèi)，共安裝有變壓器容量3000kVA，變壓器近40臺，而且多為老式高耗能變壓器，用電負(fù)荷變化大，無功負(fù)荷需求量也大。10kV線路上和400V低壓用戶均未安裝電容器。如用安裝電容器來補(bǔ)償無功，提高自供區(qū)內(nèi)線路的功率因數(shù)，一次性投資大，電容器運(yùn)行維護(hù)費用高，經(jīng)常還會出現(xiàn)"過補(bǔ)"現(xiàn)象。因此通過對電站發(fā)電機(jī)功率因數(shù)進(jìn)行適時調(diào)整，補(bǔ)充自供區(qū)線路的無功負(fù)荷，提高線路的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，較為合理。并網(wǎng)負(fù)荷的功率因數(shù)，電力部門的要求也十分嚴(yán)格，規(guī)定功率因數(shù)必須為0.8。如少發(fā)無功處罰、多發(fā)無功獎勵，獎罰以0.8為標(biāo)準(zhǔn)，低0.01獎當(dāng)月上網(wǎng)電費的0.1%，高0.01罰當(dāng)月上網(wǎng)電費的0.5%，即獎一罰五的規(guī)定。電力部門的規(guī)定雖然十分嚴(yán)格，但我們電站在不同季節(jié)，根據(jù)水量和負(fù)荷變化的特點，合理地調(diào)整發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，每年不但保證自供區(qū)無功負(fù)荷的需要，而且還受電網(wǎng)多發(fā)無功的獎勵。
合理調(diào)整發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，必須注意幾個問題，即針對不同運(yùn)行季節(jié)的特點，正確地進(jìn)行調(diào)整。
對于徑流式?jīng)]有調(diào)節(jié)能力的小水電站，在雨季水量充足時，電站內(nèi)多臺機(jī)組都能滿負(fù)荷運(yùn)行，這時應(yīng)把發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)調(diào)到0.85～0.9左右，讓發(fā)電機(jī)多發(fā)有功，少發(fā)無功?！栋l(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定：功率因數(shù)以0.8為宜，不得超過0.95，必要時方可在功率因數(shù)為1的情況下運(yùn)行。說明功率因數(shù)調(diào)整稍高一點符合規(guī)程要求。另一方面，在滿足負(fù)荷運(yùn)行時，功率因數(shù)不宜調(diào)得太低。這是因為，當(dāng)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)從額定值到零的范圍內(nèi)變動時，它的有功出力應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子電流的允許值而適當(dāng)降低，因功率因數(shù)愈低，定子電流的無功分量也愈大，轉(zhuǎn)子電流也愈大，這可能使轉(zhuǎn)子線圈溫度超過允許溫升，所以在滿負(fù)荷運(yùn)行時必須把發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)調(diào)高。
汛期水量充足時水電站提高功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)有功、少發(fā)無功，對于電網(wǎng)也是可行的。因在汛期機(jī)組開的多，電網(wǎng)的無功負(fù)荷也相對過剩，并不會因小水電站機(jī)組在汛期功率因數(shù)適當(dāng)提高了，電網(wǎng)內(nèi)的無功負(fù)荷就會減少很多。如一旦電網(wǎng)功率因數(shù)太低，可以臨時投入電容器裝置，進(jìn)行無功補(bǔ)償。
并網(wǎng)運(yùn)行的水電站，在汛期水量充足機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)電機(jī)端電壓過高的現(xiàn)象，如端電壓過高，功率因數(shù)也應(yīng)適當(dāng)提高。但端電壓過高時，為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，必須減少機(jī)組的出力。如我們丹東水電站，在前幾年汛期三臺機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，端電壓zui高達(dá)到7.2kV，高出額定電壓6.3kV的14%。根據(jù)統(tǒng)計，目前很多上網(wǎng)運(yùn)行的小水電站，都存在有上述現(xiàn)象，端電壓過高，影響了水電站的安全運(yùn)行，容易引發(fā)各類事故的發(fā)生，電器設(shè)備元、器件容易擊穿燒毀。端電壓過高，對于運(yùn)行年限長，絕緣老化或機(jī)組有潛在性絕緣缺陷的發(fā)電機(jī)，會引起絕緣擊穿，嚴(yán)重時造成發(fā)電機(jī)著火或冒煙。當(dāng)端電壓高于105%額定電壓時，由于磁通飽和，使發(fā)電機(jī)的鐵損增加，鐵芯發(fā)熱，發(fā)電機(jī)效率下降，加速絕緣老化。由于端電壓過高，不得不減少機(jī)組負(fù)荷，棄水發(fā)電，浪費寶貴的水力資源，影響了電站的經(jīng)濟(jì)效益。適當(dāng)提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，可使發(fā)電機(jī)的端電壓降低，但不能解決端電壓過高的根本問題，端電壓過高是由以下幾方面引起的：①電網(wǎng)在汛期時負(fù)荷出現(xiàn)供大于求現(xiàn)象，特別是無功負(fù)荷過剩，提高了電網(wǎng)電壓，使發(fā)電機(jī)出口電壓升高；②電站并網(wǎng)線路線損超過規(guī)定，造成線路壓降大；③兩端的變壓器分接開關(guān)位置選擇的不當(dāng)。根據(jù)以上情況，電站應(yīng)對線路進(jìn)行改造，對分接開關(guān)位置進(jìn)行重新調(diào)整。
并網(wǎng)運(yùn)行的水電站，由于在枯水期來水量減小，機(jī)組都不能滿負(fù)荷運(yùn)行，這時可以把發(fā)電機(jī)功率因數(shù)調(diào)低到0.7～0.75左右。在有功不變的情況下，盡量多發(fā)無功。我們丹東電站在枯水期運(yùn)行時，總負(fù)荷只有1400～1500kW。這時讓1臺1250kW機(jī)組帶900～1000kW負(fù)荷，630kW機(jī)組帶400～500kW負(fù)荷，功率因數(shù)都調(diào)整到0.75以下，同時還有1臺1250kW機(jī)組在停運(yùn)狀態(tài)。由于在枯水期大電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)也相對較低，也需用投入電容器的辦法來補(bǔ)償無功的不足。根據(jù)這種情況，我們積極向電網(wǎng)部門建議，把停運(yùn)的1250kW機(jī)組做調(diào)相運(yùn)行。我們電站機(jī)組調(diào)相運(yùn)行為電網(wǎng)送無功有以下條件：①機(jī)組為臥式機(jī)組，機(jī)組中心線高于尾水位1.9m，不需要向尾水管壓氣，就可達(dá)到調(diào)相運(yùn)行的目的；②電站并網(wǎng)為10kV并網(wǎng)，距大電網(wǎng)升壓站僅有3km，處在負(fù)荷的中心，向大電網(wǎng)補(bǔ)償無功的技術(shù)條件允許，電力部門可以按無功電量計算電費，這樣電站可以充分利用枯水期水少機(jī)不停，提高電站的經(jīng)濟(jì)效益。
當(dāng)發(fā)電機(jī)在低功率因數(shù)下運(yùn)行時，運(yùn)行人員必須認(rèn)真監(jiān)視發(fā)電機(jī)的溫升情況，做到隨時調(diào)整，防止溫升超過允許值。
當(dāng)發(fā)電機(jī)在調(diào)相運(yùn)行時，如果電站尾水位高于水輪機(jī)的中心線，應(yīng)當(dāng)注意向尾水管內(nèi)壓氣，保證蝸殼內(nèi)不充水。如蝸殼內(nèi)有水流，機(jī)組在旋轉(zhuǎn)時，受到較大阻力，要消耗一定有功。電站還應(yīng)計算1kW?h有功能發(fā)幾kW?h無功，做到調(diào)相的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時要加強(qiáng)與電網(wǎng)調(diào)度的，按照電網(wǎng)功率因數(shù)的變化增減無功負(fù)荷。

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