韓 鸝，段開武，王海燕

(黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西太原 030002)

1 工程概況

龍口水利樞紐是國家“九五”重點工程萬家寨水利樞紐配套工程，主要作為萬家寨水電站發(fā)電反調節(jié)電站。樞紐位于黃河中游北干流托克托—龍口段尾部，左岸是山西省忻州市的偏關縣和河曲縣，右岸為內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的準格爾旗。龍口水利樞紐總庫容1.96億m3，安裝4臺100MW軸流轉漿式水輪機組和1臺20MW混流式機組，總裝機容量420MW。

龍口水利樞紐工程于2003年開始籌備，主體工程于2006年6月30日正式開工，2009年9月18日1號機組正式投產發(fā)電。

龍口水利樞紐處于山西、內蒙古界河上，根據工程設計，5臺機組分別接入山西電網和內蒙古電網，其中2×100MW機組 (1號、2號機組)以一回220kV線路接入河曲220kV變電站，2×100MW機組(3號、4號機組)+1×20MW(5號機組)在發(fā)電初期以一回220kV線路接入寧格爾500kV變電站。

2 機組功率因數問題的產生過程

2.1 龍口大機組發(fā)電機參數

龍口水利樞紐4臺100MW軸流轉漿式水輪發(fā)電機機組 (以下簡稱大機組)，2006年5月經過設備招標，制造單位確定為天津阿爾斯通水電設備有限公司，同年8月完成機組合同談判。根據機組合同技術協議，發(fā)電機主要參數如下:

2.2 電網公司對新建機組功率因數的要求

根據國家電網公司 ［2004］435號文《國家電網公司電力系統無功補償裝置技術原則》第九條的要求，為了保證系統具有足夠的事故備用無功容量和調壓能力，并入電網的發(fā)電機組應具備滿負荷時功率因數在0.85(滯相)～0.97(進相)之間運行的能力，新建機組應滿足進相0.95運行的能力。

2006年10月，內蒙古電力公司對龍口水利樞紐接入系統設計進行了審查，審查意見明確發(fā)電機的功率因數為0.85(滯相)，以下如不作特別說明，均為滯相。山西側接入系統設計文件提出“發(fā)電機組功率因數應采用0.85，并具有長時間0.95(進相)運行的能力”。顯然龍口大機組功率因數不滿足電力公司的要求，如果按照電力公司要求對機組進行增容設計，根據公式P=Scosφ，Q=Ssinφ，(P為有功功率，MW;Q為無功功率，MVAR;S為視在功率，MVA，即機組容量;cosφ為機組功率因數)，如果將機組額定功率因數從0.9變?yōu)?.85，機組在保持有功功率不變的情況下，無功輸出功率增加，相應機組視在容量增加6%。將機組額定功率因數降為0.85后，經測算，僅4臺機組設備改造就需要增加投入1690萬元，且交貨工期至少延長3個月。

2.3 對機組功率因數問題的簡要分析

隨著晉蒙電網負荷的快速增長，系統無功缺額和穩(wěn)定的問題越來越突出。尤其是內蒙古電網，電價較低，吸引大批高耗能企業(yè)落戶。高耗能企業(yè)生產設備功率因數低，負荷變動比較頻繁，使電網電壓波動的問題越來越突出。為了提高電網的安全、穩(wěn)定、經濟運行水平，電網要求發(fā)電企業(yè)具備較大的無功備用容量，在負荷高峰期多發(fā)無功，可以保持中樞變電站電壓穩(wěn)定，從而保證用戶電能質量;在系統發(fā)生擾動或故障時，多發(fā)無功可提高系統的靜穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定，維持電網的正常運行。理解電網的意圖后，我們開始對龍口水利樞紐機組進行相關工況進行分析。

龍口水利樞紐處地比較偏遠，遠離負荷中心，電能輸送距離長，根據接入系統設計，輸電距離在60km以上。由于電站處于電網末端，電站開關站正常運行時電壓處于偏高水平。如果機組大量輸出無功功率，那么將會產生以下結果:①電站220kV母線電壓偏高，可能超出系統規(guī)定的范圍;②在輸出相同有功功率的情況下，由于輸出電流增大，輸電線路損耗增加，不僅對電能造成浪費，而且對電力公司而言也是不經濟的 (輸電線路損耗一般由電力公司承擔);③由于遠離負荷中心，對穩(wěn)定系統電壓的作用也不明顯。合理的運行方式是機組在功率因數接近于1的工況下運行，基本不輸出無功功率。

3 機組功率因數問題解決的過程

3.1 對機組功率因數選擇0.85和0.9情況下進行經濟比較

經有關單位核算，若將機組功率因數由0.9變?yōu)?.85，4臺發(fā)電機組需追加設備費用1690萬元，交貨工期延后3個月，甚至更長。由于機組形狀、尺寸發(fā)生變化，現場正在澆筑的基坑需要返工處理，不僅影響施工工期，也需要增加費用。

顯然，若按電力公司要求將機組功率因數由0.9變?yōu)?.85，不僅經濟上損失慘重，而且施工安裝工期拖后，發(fā)電工期至少順延3個月。為了實現提前一年發(fā)電的目標，公司龍口水利樞紐建設管理局 (以下簡稱龍口建管局)采取了趕工措施。當時機組的土建和電氣設計已進入施工圖階段，若改變機組設計，對工程的負面影響太大。諸多不利因數，迫使龍口建管局在不改變機組設計的情況下，尋求解決問題的其它途徑。

3.2 對機組電氣參數溫升重新進行核算

一般情況下，機組在設計時有一定的安全裕度，一般能達到5%。為了充分挖掘機組潛力，龍口建管局請設備制造廠家對原設計發(fā)電機在額定有功、機組功率因數為0.85的運行工況下進行電氣計算。計算結果表明發(fā)電機的溫升和電氣參數滿足有關規(guī)范的要求，也即設計功率因數為0.9的發(fā)電機，在額定有功負荷下具備在功率因數0.85的工況下運行的能力。在電力系統發(fā)生事故時，為了提高系統的穩(wěn)定性，龍口機組在額定有功負荷和功率因數為0.85的工況下運行是可行的。

3.3 增加勵磁系統容量

發(fā)電機組功率因數從0.9變?yōu)?.85后，經計算，定子電流從額定值增加到1.06倍，勵磁電流也將從額定值增加到1.06倍。勵磁系統根據標準要求在設計時考慮了發(fā)電機組在1.1倍額定工況下長期運行的能力，也能夠長期輸出1.1倍的額定勵磁電流。通過調研，某些較大廠家在設計時，還能保證1.2倍以上的額定勵磁電流輸出。

當時勵磁系統尚未招標，為龍口建管局后續(xù)工作創(chuàng)造了有利條件。在后來的招標文件中明確勵磁電流以機組功率因數0.9時為額定值、同時滿足機組在0.85下運行時的要求，充分利用勵磁系統的設計裕度，未增加勵磁系統設備造價。

3.4 尋找有利的理論依據

根據水利部頒發(fā)的SL 321—2005《大中型水輪發(fā)電機基本技術條件》的要求:額定容量大于50MVA但不超過200MVA的水輪發(fā)電機組的額定功率因數宜采用不低于0.85(滯后)，并未強制要求必須不低于0.85。

3.5 查詢附近水電站歷史記錄

龍口水利樞紐上游萬家寨水電站距龍口水利樞紐上游25km，也遠離負荷中心，情況比較相似。通過對萬家寨水電站歷史記錄的查詢，機組在額定負荷附近的功率因數在0.947～0.999之間，平均為0.984。同時對國內同容量的水電站機組進行調研，這些水電站的功率因數一般為0.9。

3.6 積極與電力公司溝通協調

經過上述工作后，龍口建管局積極向電力公司匯報論證結果，闡明不需更改機組功率因數的理由。經多次協調，電網最終同意我們機組額定功率因數保持0.9不變，但保持在0.85工況下運行的能力。電力公司隨后修改了審查意見，對機組功率因數問題的要求做了淡化處理。

至此機組功率因數爭端問題得到圓滿解決，既避免了公司1000多萬元的直接損失，也沒有影響龍口樞紐機組如期發(fā)電的目標。

4 建議

工程建設各階段均應加強與電力公司的聯系，在工程可研、初設審查、機電設備招標時邀請電力公司有關部門參加評審，以便及時準確地了解電網公司的要求，避免出現工程設計標準低于電力公司標準，為將來機組并網發(fā)電埋下隱患。同時，國家電網公司企業(yè)標準應該遵循行業(yè)標準要求，并更多地考慮電站地理位置和電網運行實際情況。

5 結語

在接入系統審查后，龍口建管局十分重視機組功率因數的問題，安排分管領導進行全面的調查和論證，雖然電力公司處于優(yōu)勢地位，但是龍口建管局據理力爭，同時注意方式方法，通過大量艱苦細致的溝通協調工作，避免了因機組功率因數造成增加設備投資和延長制造工期的問題。