水电站发电机功率因数的调整

水电站发电机功率因数的调整

2007-04-14 18:27

摘要： 合理调整电机功率因数，保证系统的无功需求，是电站运行的一项重要工作。本文主要讲述发电机在各种运行工况下，如何调整功率因数，使电站既多发有功，又满足了系统的无功需求，以提高电站的经济效益问题。

关键词： 水电站 功率因数 调整

在水电站的运行工作中，发电机的功率因数是经常调整的一个参数，怎样根据水电站季节性水量变化较大、发电机负荷不均的特点，合理地调整发电机功率因数，满足系统无功负荷的需求，解决在满负荷运行时发电机端电压偏高的问题。对水电站的安全运行及提高电站的经济效益，有着重要的意义。 博爱县丹东水电站是丹河流域梯级开发的一座引水式水电站，电站总装机容量为3130kW，其中有两台为1250kW和一台630kW水轮发电机组。发电机额定电压为6.3kV，发电机功率因数为0.8，三台发电机均为同步发电机。电站年发电量1400万kW·h。1995年与大电网并网，同时电站有独立的自供区。每年上网与自供负荷的比例为三比一。

由于电站的供电系统有两个部分组成，电站必须合理调整发电机的功率因数，以满足两个系统对无功的需求。在电站自供区内，共安装有变压器容量3000kVA，变压器近40台，而且多为老式高耗能变压器，用电负荷变化大，无功负荷需求量也大。10kV线路上和400V低压用户均未安装电容器。如用安装电容器来补偿无功，提高自供区内线路的功率因数，一次性投资大，电容器运行维护费用高，经常还会出现"过补"现象。因此通过对电站发电机功率因数进行适时调整，补充自供区线路的无功负荷，提高线路的经济运行，较为合理。并网负荷的功率因数，电力部门的要求也十分严格，规定功率因数必须为0.8。如少发无功处罚、多发无功奖励，奖罚以0.8为标准，低0.01奖当月上网电费的0.1%，高0.01罚当月上网电费的0.5%，即奖一罚五的规定。电力部门的规定虽然十分严格，但我们电站在不同季节，根据水量和负荷变化的特点，合理地调整发电机的功率因数，每年不但保证自供区无功负荷的需要，而且还受电网多发无功的奖励。

合理调整发电机的功率因数，必须注意几个问题，即针对不同运行季节的特点，正确地进行调整。

对于径流式没有调节能力的小水电站，在雨季水量充足

时，电站内多台机组都能满负荷运行，这时应把发电机的功率因数调到0.85～0.9左右，让发电机多发有功，少发无功。《发电机运行规程》中规定：功率因数以0.8为宜，不得超过0.95，必要时方可在功率因数为1的情况下运行。说明功率因数调整稍高一点符合规程要求。另一方面，在满足负荷运行时，功率因数不宜调得太低。这是因为，当发电机的功率因数从额定值到零的范围内变动时，它的有功出力应根据转子电流的允许值而适当降低，因功率因数愈低，定子电流的无功分量也愈大，转子电流也愈大，这可能使转子线圈温度超过允许温升，所以在满负荷运行时必须把发电机的功率因数调高。

汛期水量充足时水电站提高功率因数运行，多发有功、少发无功，对于电网也是可行的。因在汛期机组开的多，电网的无功负荷也相对过剩，并不会因小水电站机组在汛期功率因数适当提高了，电网内的无功负荷就会减少很多。如一旦电网功率因数太低，可以临时投入电容器装置，进行无功补偿。

并网运行的水电站，在汛期水量充足机组满负荷运行时，经常会出现发电机端电压过高的现象，如端电压过高，功率因数也应适当提高。但端电压过高时，为了保证机组的安全运行，必须减少机组的出力。如我们丹东水电站，在前几年汛期三台机组满负荷运行时，端电压最高达到7.2kV，高出额定电压6.3kV的14%。根据统计，目前很多上网运行的小水电站，都存在有上述现象，端电压过高，影响了水电站的安全运行，容易引发各类事故的发生，电器设备元、器件容易击穿烧毁。端电压过高，对于运行年限长，绝缘老化或机组有潜在性绝缘缺陷的发电机，会引起绝缘击穿，严重时造成发电机着火或冒烟。当端电压高于105%额定电压时，由于磁通饱和，使发电机的铁损增加，铁芯发热，发电机效率下降，加速绝缘老化。由于端电压过高，不得不减少机组负荷，弃水发电，浪费宝贵的水力资源，影响了电站的经济效益。适当提高发电机的功率因数，可使发电机的端电压降低，但不能解决端电压过高的根本问题，端电压过高是由以下几方面引起的：①电网在汛期时负荷出现供大于求现象，特别是无功负荷过剩，提高了电网电压，使发电机出口电压升高；②电站并网线路线损超过规定，造成线路压降大；③两端的变压器分接开关位置选择的不当。根据以上情况，电站应对线路进行改造，对分接开关位置进行重新调整。

并网运行的水电站，由于在枯水期来水量减小，机组都不

能满负荷运行，这时可以把发电机功率因数调低到0.7～0.75左右。在有功不变的情况下，尽量多发无功。我们丹东电站在枯水期运行时，总负荷只有1400～1500kW。这时让1台1250kW机组带900～1000kW负荷，630kW机组带400～500kW负荷，功率因数都调整到0.75以下，同时还有1台1250kW机组在停运状态。由于在枯水期大电网系统的功率因数也相对较低，也需用投入电容器的办法来补偿无功的不足。根据这种情况，我们积极向电网部门建议，把停运的1250kW机组做调相运行。我们电站机组调相运行为电网送无功有以下条件：①机组为卧式机组，机组中心线高于尾水位1.9m，不需要向尾水管压气，就可达到调相运行的目的；②电站并网为10kV并网，距大电网升压站仅有3km，处在负荷的中心，向大电网补偿无功的技术条件允许，电力部门可以按无功电量计算电费，这样电站可以充分利用枯水期水少机不停，提高电站的经济效益。

当发电机在低功率因数下运行时，运行人员必须认真监视发电机的温升情况，做到随时调整，防止温升超过允许值。 当发电机在调相运行时，如果电站尾水位高于水轮机的中心线，应当注意向尾水管内压气，保证蜗壳内不充水。如蜗壳内有水流，机组在旋转时，受到较大阻力，要消耗一定有功。电站还应计算1kW·h有功能发几kW·h无功，做到调相的经济运行。同时要加强与电网调度的联系，按照电网功率因数的变化增减无功负荷。