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水电站机组在高水头下作调相运行的可行性分析 |
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| 水电站机组在高水头下作调相运行的可行性分析 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 8:50:16  |
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[摘 要]结合石头河水库坝后水电站的特点，提出在汛期水库高水位时，2台高水头机组满负荷运行而欠发的无功出力，由因水头限制而停运的低水头机组改为调相运行来补发，以减少损失。表3个。 [关键词]小水电 调相运行 发无功
1 概 况
1．1 基本情况
石头河水库坝后水电站位于陕西省眉县斜峪关石头河水库大坝右侧，电站装机4台，1×6 500(1号)+2×5 000(2号、3号)+1×2000(4号)。1号和4号机组为低水头机组，2号和3号机组为高水头机组，1号、2号和3号为立式机组。当初设计是按水库以农业灌溉为主，兼顾发电而考虑，分别投运于1991年前后。4号为卧式机组，投运于1999年，是为了适应水库以城市供水为主的运行方式而设计。
坝后电站4台机组中，2号和3号2台高水头机组通常在汛期水库高水位时利用弃水发电，兼顾其余时间水库高水位情况下利用城市供水或灌溉用水发电；1号机属低水头大流量机组，平时在干旱季节水库低水位情况下利用大流量灌溉用水发电；4号小流量卧式机组通常在水库水位较低时，替代1号机组利用小流量城市供水或小流量灌溉用水发电。从多年运行情况看，2号、3号高水头机组年平均利用5 857h，1号低水头机组年平均利用1 127h，4号低水头机组年平均利用2 746h。可见，高水头机组设备利用率高，低水头机组利用率低。
1．2 设备参数(见表1、表2、表3)
表1 发电机组参数
表2 升压变压器参数
表3 并网线路参数
2 存在问题
2．1 运行情况
石头河水库坝后电站在汛期水库高水位运行时，只能运行2号和3号2台高水头机组，另2台低水头机组因水头限制而停运。2台运行机组在额定负荷时合计出力为：
可见，由于升压变压器和并网线路的无功损耗比有功损耗大得多，致使电力送至并网点时有功、无功不匹配，此时无功电力欠1 150kVar，功率因数由发电时的0．8升高到上网时的0．85。
2．2 存在问题
按大电网对小水电上网电量的结算办法规定，小水电上网功率因数按0．8考核(此考核标准为23年前规定)。当月发电量平均功率因数小于或等于0．8时，有功电量按实发数结算；当平均功率因数大于0．8时，有功电量按实发无功电量乘以系数1．33后的数字结算。这样，石头河水库坝后电站每年汛期在水库高水位时，因无功欠发平均月损失电量达110万kW·h，少收近30万元。
3 解决问题的办法
多年来，我们曾用过多种方法试图解决坝后电站无功欠发这一问题，但均无明显效果。考虑到水力机组可作调相运行这一特点，笔者认为有必要在低水头机组上试验，使汛期因水库高水位而不能运行的低水头机组作调相运行发无功，弥补高水头机组在额定负荷时所欠发的无功，从而减少损失。
3．1 调相运行的定义
调相运行是水力机组的一种运行方式。作调相运行就是关闭发电机组原动机能源，让大网拖着发电机旋转，消耗少量有功功率，发出大量无功功率，以弥补电网无功的不足，从而改善电能质量。小型水力机组作调相运行一般消耗有功功率约为其额定容量的6％左右，发的无功功率最大约为其额定容量的75％左右。调相运行应使转轮在空气中运转，故必须排空转轮室内的水。
3．2 1号机和4号机作调相运行的比较
坝后电站1号机组和4号机组均可作调相运行。1号机组如作调相运行，理论计算消耗有功功率约423kW，可发无功功率4 875kVar，在8d内消耗8万kW·h有功电量可补足高水头机组1月所欠的83万kVarh无功，挽回损失电量110kW·h，计30万元。4号机如作调相运行，理论计算消耗有功功率约130kW，可发无功1 500kVsr，在23d内消耗7万kW·h有功电量就可补足高水头机组1月所欠的83万kVarh无功，挽回损失电量110万kW·h。
因1号机为立式机组，如作调相运行，就必需采取工程措施，以排空其转轮室内的水，使转轮在空气中运行；且1号机无功出力大，可能引起电源端电压过分升高，影响电能质量；如减少无功出力，就需拉长运行时间，有功消耗就会增加，相对来说不经济。另外，相对4号机来说，1号机属大机组，操作步骤复杂。4号机为卧式机组，只要关闭原动机能源，即压力水，其转轮室内就不会存水，故无需压气排水；且4号机无功出力不大，不会引起电源端电压过分升高，对电能质量没多大影响。另外，卧式机组操作简单，设备直观，便于维护，所以相对来说，用4号机作调相运行比1号机更有利。
4 4号机调相运行分析
4．1 理论分析
机组作调相运行，开始的开机并网和最后的解列停机，其操作流程同发电运行时一样。只是在运行中间，即并网后要关闭导叶，关闭蝶阀，切断其能源，使电网拖动其电机旋转。拖动功率约为其额定容量的6％左右，所发无功功率根据调整励磁电流的大小而变化，最大约为额定容量的75％。
4号机组设汁水头为56m，要在80m以上乃至88m时做调相运行，关键是要看此水头下4号机组能否开起并网和解列停机；能否进行这两项操作，主要看机组水机部分机械强度及调速器操作功是否满足高水头下的要求，即看4号机组蜗壳强度、导叶强度、导叶轴筒强度、剪断销强度、法兰连接螺栓强度和拐臂强度等是否满足88m水头下强度的要求；调速器操作功是否满足该水头下操作的要求。
4．2 数据分析
1)经查订货技术协议，4号机组蜗壳承受最大压力不小于120m水柱。且该机组蜗壳在出厂时已做过1．5MPa 10min的压力强度试验，此强度大于1．32MPa(88m水头下，突然甩负荷时的水锤)，可见蜗壳强度满足要求。
2)经水轮机制造厂专家校核，4号机组的导叶、导叶轴套、拐臂、剪断销、法兰连接螺栓等其强度均可满足88m水头下强度的要求。
3)该机组调速器为YT-1000型，其操作功大于88m水头下操作功，即满足要求。
5 结 论
石头河水库坝后电站4号机组可在88m水头下作调相运行。调相运行时最大无功出力1500kVar，可基本补足高水头机组在满负荷运行时所欠发的无功。
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