[摘  要]杖锡电站多年来存在着上网无功电量不足问题，在电网对小水电站实施功率因数考核后，产生了较多的无功电量欠发罚款。该站通过加强运行管理，采取增装并联补偿电容器等技术措施，解决了问题，取得了很好的经济效益。图1幅。

[关键词]小水电站  无功欠发  加强管理  技术措施  效果

电网功率因数的高低，直接影响到电源设备潜力的发挥以及输电效率的提高。为此，电网对发电厂功率因数有严格的要求，并根据各地的不同情况，采取了相应的考核办法。目前，我省农村小水电站由于管理、技术等多方面原因，造成上网无功电量不足的现象较为常见。为此，如何从加强运行管理和采取合理的技术措施两方面着手解决这个问题，对电网以及电站自身利益都有好处。2004年初根据杖锡电站的实际情况，采取简单的方法，解决了该电站上网无功电量不足问题，取得了很好的经济效益。

1  基本情况

杖锡电站是1座农村小水电站，届宁波市鄞州区樟村镇所有。电站地处浙东四明山区，为引水式电站，其主要径流经上游5km处的榧树潭水库调节，水库调节能力不强。电站总装机3×500kW，3台都为低压卧式水轮发电机组，出线额定电压400V，主接线为发电机-变压器单元接线，升压后通过额定电压为10kV的输电线路并网运行。该电站采用BKSF(改)型水轮发电机组控制屏，屏上装有3只定子电流表、1只定子电压表、1只频率表、1只有功功率表、1只功率因数表、1只转子电流表，二次仪表都为方形仪表。

杖锡电站所在的电网，要求小水电站与大电网并网运行时，机组的功率因数应按发电机的铭牌，即cosφ=0．8运行，并实行考核。具体考核办法是：若未按cosφ=0．8运行，造成发电机组的无功电量欠发，则按每欠发1kvar无功电量罚0．05元，而多发无功电量则不给钱，并且要求机组运行时实时平衡。这就要求小水电站发电机组上网发电运行时，应保持在cosφ=0．8运行。

杖锡电站投入运行近20年来，多年平均年上网售电量460万kW·h，多年平均年欠发无功电量71万kW·h。电网实行无功电量考核近10年来，多年平均年欠发无功罚款3．55万元。

2  上网无功电量不足的主要原因

2．1  电站处于电网线路末端

电站并网点是电网线路末端，远离负荷中心，电压变化幅度大，调节要求高，使发电机组经常在偏离额定工况下运行，造成发电机组本身无法带足无功功率，造成无功电量欠发。

2．2  水库调节能力差

由于是引水式电站，虽其主要径流经上游水库调节，但水库调节能力不强，还有其他水源流入，使机组正常运行中有功功率需经常调节，同时带来了相应无功功率也需及时调节。

2．3  人为因素

由于是农村小水电站，职工的文化水平低、业务技术素质差，运行人员责任性也不是很强。正常发电中运行参数调整不及时，为了防止转子过电流，不惜预先少带无功功率，让转子电流充分留有余地下运行，从而造成无功电量欠发，这样人为的因素也对无功电量欠发有较大影响。

2．4  电站输电设备消耗无功功率

主变等输电设备消耗的无功功率，也对上网无功电量不足有一定影响。

3 采取的主要措施

3．1  加强管理措施，减少人为因素造成的无功电量欠发

平时加强职工技术培训，不断提高职工业务技术素质，提高运行操作技术水平；突击对电站职工进行无功相关业务技术知识的专门培训，使运行人员掌握无功常识及运行操作技术；完善相关的制度，落实责任，加强运行监视，及时调整运行工况，在确保安全前提下带足无功功率。

3．2 在机组有功功率表上增设匹配无功功率刻度

若要保证机组的功率因数始终在cosφ=0．8运行，运行人员就得根据机组有功功率按倍率0．75折算出该有功负荷下应匹配的无功功率是多少，这不但运算麻烦，而且由于机组所带的有功功率经常发生变化，所以运算要经常进行。为此，在机组原有有功功率表的刻度盘上，按该有功功率数值下所应匹配的无功功率值，在刻度线的下方写上相应的数值。这样，在机组正常运行时，有功功率表在指示机组实际有功功率值的同时，也指示出了在该有功功率下，所应匹配的无功功率值。运行人员可根据该值及时调整机组所带的无功功率值。以保证机组始终按cosφ=0．8运行。

3．3 将原发电机组功率因数表，更换成无功功率表

功率因数表能够直观反映发电机组实时运行功率因数，但当发电机组运行功率因数偏离额定值时，无法直观反映相应的偏离无功功率值，特别是进行无功补偿调节时，该问题更为突出。更换成无功功率表后，能够直观反映发电机组实时运行所带的无功功率值，有利于无功补偿值的调节计算。

3．4  并联电力电容器，补偿机组无功功率的不足

通过对杖锡电站多年运行资料以及设备现状分析、试验、研究，可以确定该电站由于运行方式不当、运行中调整不及时等人为因素造成的多年平均无功欠发量，占多年平均无功总欠发量的40％左右，其余无功欠发量都是由于系统电压偏离额定值过多以及发电机自身原因造成的。为此，加强运行管理措施无法完全解决该电站的无功欠发问题，还必须采取相应的技术措施。一种经济、有效的办法，就是选择适当的补偿方式安装补偿电容，实施无功补偿。

3．4．1  补偿方式

电网补偿无功功率，提高功率因数的最合理方式是根据系统中无功的潮流，在负荷侧就地充分补偿。使其尽量减少无功负荷在电网中的传送距离，以减少无功电流在传输过程中，经过电阻时所造成的功率损耗，同时最大限度地用并联电容器补偿电网中的感性无功功率，达到最佳的功率因数。但由于体制等原因小水电站做不到这一点，只能因地制宜地根据电网无功考核的要求，采用个别补偿的方式。个别补偿方式就是将电站需安装的总并联电容容量，按有功功率比例分配，并安装于各台机组上，使各台机组的并联电容只能在该发电机运行时，才能投入运行。

3．4．2 补偿电容的确定

杖锡电站所处位置是电网线路末端，远离负荷中心，电压变化幅度大。为了提高补偿电容自身的运行安全性能，为此，选择电容器的额定电压为Un=415V。考虑到发电机是三相对称负荷，无功补偿也为三相对称，所以选用三相式电容器，其内部为三角形接法。

所需安装补偿电容器容量，可从多年平均年欠发无功电量Qh欠(扣除人为因素造成的欠发部分)和多年平均上网有功售电量Wh着手，首先求得每千瓦有功功率所需补偿无功容量Qw：

每台机组所需补偿无功容量Q台：Q台=500×0．092 6=46kvar

全站所需补偿无功容量Q全：Q全=3×46=138kvar

考虑到机组运行中由于电网电压变化等原因时，能够合理、灵活地投切补偿电容器，与调节发电机励磁电流相配合，来保障电站上网电能功率因数符合考核要求。为此，每台机组都选用4只容量为12kvar的三相电容器并联补偿的方式。全站实际安装的补偿电容总容量为144kvar。选择电容器为正泰公司的产品，其型号是BGMO．415-12-3。

3．4．3  操作、保护、测量接线

3台机组的补偿电容以及相应的操作、保护、测量器件，全部装于1只自制的电容补偿屏中，并将此屏安装在水轮发电机组控制屏旁，以利于运行监视及操作。其接线原理(见图1)：

图1  1号机接线示意图(其他机原理相同)

每只电容器都单独设置1只三相空气开关，用作该电容器短路保护和正常操作。空气开关的额定电流I空根据电容器额定电流Icn选取，Icn可按下式求得：

式中：Qn为电容器的额定容量(kvar)；Vn为电容器的额定电压(V)。

考虑到电容充电电流等因数及安全系数，选取额定电流I_空=50(A)的空气开关。

每个电容组(每台机组以4只电容为一组)都设有1只三相无功功率表，并装有与其配套的电流互感器，作为运行中监视无功补偿容量用，使运行人员能够及时掌握该机组的无功功率情况，有利于及时调整。运行中该机组所需补偿的无功功率=应带无功功率(从机组有功功率表上读取)-实带无功功率(机组无功功率表上读取)。

由于该型三相电容器制造时内部已设置了放电电路，所以不考虑在外部再设置专门的放电电路。

4  效果分析

杖锡电站采取上述简单的管理和技术措施后，经过2年时间的实际运行考验，表明达到预期目的，取得了很好的效果：

1)电容补偿装置操作方便、运行稳定可靠。

2)彻底解决了该电站上网无功电量不足问题。2年时间来，在电网对电站功率因数考核中，多数月份上网无功电量都有少量超发，只有几个月产生少量的无功电量欠发现象，年累计考核欠发无功电量还不到4万kW·h。为此，对改善电网功率因数、提高输电效率、发挥电源设备潜力等都有益处。

3)电站取得的经济效益也是明显的。杖锡电站为解决上网无功电量不足问题所投入的全部费用还不到2万元。而2年来电站的无功考核罚款，从平均每年3．55万元降至0．2万元以下。

虽然，电容器运行中会有少量有功电能消耗，分析经济效益时应扣除这部分损失，但上网无功电量不足问题的彻底解决，电站所取得的经济效益还是很明显的。