薛海平

(陜西省石頭河水電站 陜西 寶雞 722311)

1 前言

電力系統(tǒng)中大部分負(fù)載屬感性負(fù)載，如異步電動(dòng)機(jī)、變壓器等。這些負(fù)載在消耗有功電力（做功功率）的同時(shí)，還需感性無功電力（建立磁場功率）。這就要求發(fā)電機(jī)在向電網(wǎng)供給有功電力的同時(shí)，也要供給一定的無功電力，才能滿足電網(wǎng)需求。

發(fā)電機(jī)在額定工況下，向電網(wǎng)供給有功電力和無功電力的比例是根據(jù)電力系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)的，即確定設(shè)計(jì)額定工況下力率（功率因數(shù)）。

式中，Cosφ——功率因數(shù)；

P——有功功率（kW）；

Q——無功功率（kVar）；

S——視在功率（kVA）。

功率因數(shù)高，表示發(fā)電有功分量大，無功分量小；發(fā)電機(jī)容量能充分利用。反之，有功分量小，無功分量大，發(fā)電機(jī)容量不能充分利用。國內(nèi)過去制造的小型發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為0.8，大型發(fā)電機(jī)為0.9。

小型水電站現(xiàn)在一般均并大電網(wǎng)運(yùn)行，且距并網(wǎng)點(diǎn)較遠(yuǎn)，所發(fā)電力需經(jīng)升壓變壓器和一定距離線路才能送至并網(wǎng)點(diǎn)。大網(wǎng)對(duì)小水電確定的力率考核標(biāo)準(zhǔn)為0.8（不得高于0.8）。由于升壓變壓器及并網(wǎng)線路無功損耗較大，電力送至并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)力率將大幅升高，即發(fā)電機(jī)出口在額定工況下力率為0.8時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)力率將升至0.8以上，甚至更高。可見，小水電并網(wǎng)點(diǎn)力率按0.8考核不定合理。

2 實(shí)例分析

以石頭河水庫壩后水電站為例，就其額定出力時(shí)的功率損失、上網(wǎng)點(diǎn)力率進(jìn)行計(jì)算分析。

2.1 電站基本情況

2.1.1 概況

石頭河水庫壩后水電站（以下稱電站）位于陜西省眉縣斜峪關(guān)石頭河水庫大壩右側(cè) ，電 站 裝 機(jī) 4臺(tái) ，1×6500kW+2×5000kW+1×2000kW。電站所發(fā)電力經(jīng)一臺(tái)16000kVA主變壓器升壓后，用一回35kV、長10km的線路送至并網(wǎng)點(diǎn)（大電網(wǎng)變電站）。電站6500kW機(jī)組和2000kW機(jī)組屬低水頭機(jī)組；兩臺(tái)5000kW機(jī)組屬高水頭機(jī)組。在豐水期水庫高水位運(yùn)行時(shí)，電站兩臺(tái)高水頭機(jī)組運(yùn)行（兩臺(tái)低水頭機(jī)組因水頭限制而停運(yùn)），出力為設(shè)計(jì)額定出力有功10000kW，無功7500 kVar，此時(shí)功率因數(shù)為Cosφ=0.8。因電力輸送過程中必然存在損耗，致使至并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)有功減為9677kW，無功減為6145kVar，而力率升至0.85，即力率超標(biāo)。力率高于0.8，按規(guī)定就被認(rèn)為無功不夠，電費(fèi)結(jié)算時(shí)有功電量要按無功電量的1.33倍進(jìn)行反算。照此法結(jié)算，電站在豐水期水庫高水位時(shí)就因上網(wǎng)力率不達(dá)標(biāo)，造成每月近100萬kW·h的巨大損失。為了減小損失，電站平時(shí)一直在有意降低有功出力運(yùn)行，但這樣又往往造成大量棄水，不能從根本上解決問題。

2.1.2 電站主結(jié)線簡圖

表1 設(shè)備參數(shù)

表2 計(jì)算列表

2.1.3 設(shè)備參數(shù)

2.2 計(jì)算列表

兩臺(tái)高水頭機(jī)組在滿載時(shí)的上網(wǎng)功率應(yīng)為發(fā)電機(jī)總出力減去其在輸送過程中總的損失,總損失包括升壓變損失和輸電線路損失。

2.3 分析

從以上數(shù)據(jù)看，電站發(fā)電機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)，出口力率是0.8，即發(fā)電出力有功功率是10000kW時(shí)，配套無功出力是7500kW，有功功率與無功功率之比為1.33。發(fā)電機(jī)所發(fā)電力經(jīng)升壓變壓器后，損失了83.7kW有功功率、947.5kVar無功功率，損失不是按力率0.8配套的，而是有功損失小，無功損失大，二者損失之比為0.9。電站送出無功功率減少了很多，以致力率升至0.84。送出的電力經(jīng)并網(wǎng)線路送至并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，又損失了238.9kW有功功率，407kVar無功功率，損失也不是按力率0.8配套，仍是有功損失小，無功損失大，二者之比為0.59，進(jìn)一步使上網(wǎng)電力力率升高。電力經(jīng)過變壓器升壓和并網(wǎng)線路輸送后，損失了少量的有功功率，大量的無功功率，這就是發(fā)電在出口力率為0.8，而送至上網(wǎng)點(diǎn)后力率升至0.85的根本原因。

上網(wǎng)點(diǎn)力率達(dá)不到0.8時(shí)，電量結(jié)算就不按實(shí)際上網(wǎng)有功電量696.77萬kW·h結(jié)算，而是按上網(wǎng)無功電量的1.33倍（力率為0.8時(shí)有功與無功之比）反算應(yīng)結(jié)算有功電量為588.5萬kW·h。這樣，就使電站在豐水期滿負(fù)荷時(shí)，每月少結(jié)算近100萬kW·h電量，造成很大損失。

要使并網(wǎng)點(diǎn)力率達(dá)到0.8，就必須使發(fā)電出口力率大幅降低才行，即減少有功出力，相對(duì)加大無功出力。但這樣就會(huì)造成：①發(fā)電機(jī)容量不能充分利用；②豐水期大量棄水，白白浪費(fèi)水能資源。

3 結(jié)論

電力在輸送過程中存在有功和無功損耗，且無功功率損耗比有功功率損耗大得多。這樣一來，必然造成電力輸送至并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)無功功率減少很多，以致力率升高。發(fā)電設(shè)備制造時(shí)，出口力率是按0.8設(shè)計(jì)的，發(fā)出的電力經(jīng)過輸送，又必然使力率升高，這是客觀事實(shí)。而大電網(wǎng)要求小水電無論在豐水期，還是在枯水期，所發(fā)電力送至并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)力率均要達(dá)到0.8。這在其他時(shí)期還可，而在豐水期就很難做到。即發(fā)電機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)，發(fā)出的無功電力不可能無損耗的送至并網(wǎng)點(diǎn)。

可見，小水電上網(wǎng)點(diǎn)力率按0.8考核，本身就不太合理。電站運(yùn)行及電網(wǎng)調(diào)度，依據(jù)的是實(shí)時(shí)狀況，而電費(fèi)結(jié)算依據(jù)的是制度規(guī)定。在這里，過時(shí)的上網(wǎng)結(jié)算規(guī)定與電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀要求，顯得很是矛盾。

4 建議

小水電站并網(wǎng)點(diǎn)力率按0.8考核，是27年前所確定的，本身就不太合理。而現(xiàn)在，經(jīng)過近30年的發(fā)展，大網(wǎng)電源點(diǎn)布局更趨合理，供電半徑已大幅度減小，用戶端無功補(bǔ)償設(shè)備大量增加，無功功率大部分已就地平衡，電網(wǎng)不再大量輸送無功電力。且在大電網(wǎng)不需要無功電力時(shí)，再大量供給無功電力，不但會(huì)造成損耗增加，而且會(huì)造成并網(wǎng)變電站母線電壓超標(biāo)，供電質(zhì)量下降。

因此，筆者認(rèn)為，不論是從確保供電質(zhì)量看，還是從節(jié)約資源看，現(xiàn)在修改小水電站上網(wǎng)力率考核標(biāo)準(zhǔn)很必要，也可行。建議小水電站上網(wǎng)力率考核標(biāo)準(zhǔn)按豐水期和非豐水期兩個(gè)時(shí)期的電網(wǎng)具體要求修訂為：①豐水期小水電站上網(wǎng)力率免予考核；②非豐水期小水電站上網(wǎng)力率考核標(biāo)準(zhǔn)定為0.9。

5 結(jié)語

本文分析了小水電從發(fā)電、升壓、輸送各環(huán)節(jié)的電力損耗對(duì)力率的影響，提出了電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀對(duì)小水電力率的要求和結(jié)算制度對(duì)小水電力率要求的不同。這一矛盾，表面上看，對(duì)小水電造成了不少經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)質(zhì)上是對(duì)資源造成了極大的浪費(fèi)，更是與當(dāng)前所倡導(dǎo)的減排增效不合拍。所以重新修訂小水電站上網(wǎng)力率考核標(biāo)準(zhǔn)很必要，也可行。陜西水利