文聆安,董 斌
(1.廣東粵電大亞灣綜合能源有限公司,廣東 惠州 516000; 2.廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司,廣東 惠州 516000)
某電廠起動備用電源為外部110 kV鐵塔架空線專線供電,線路全長26 km,由電廠方投資建設(shè)和維護(hù)管理,專線電能計量關(guān)口表安裝在對側(cè)變電站內(nèi),電費(fèi)結(jié)算以月結(jié)形式,力調(diào)電費(fèi)按三相總功率因數(shù)值進(jìn)行計算[1]。
專線有功和無功負(fù)荷主要由架空線路、電廠啟備變、基建變及維護(hù)單位生活區(qū)用電組成。啟備變?yōu)?115±8×1.25%)/6.3-6.3/6.3 kV,35/18/18 MVA帶平衡繞組有載調(diào)壓分裂變壓器,該變壓器長時間運(yùn)行在空載熱備用狀態(tài),作為機(jī)組廠用電失去時,緊急停機(jī)的后備電源和檢修電源。基建變?yōu)?110±8×1.25%)/10.5 kV-10 MVA有載調(diào)壓雙繞組變壓器,主要供應(yīng)維護(hù)單位生活區(qū)食堂和宿舍用電。整體來講,該專線在大多數(shù)月份中,有功負(fù)荷都處于低谷狀態(tài),從而帶來功率因數(shù)偏低而產(chǎn)生的力調(diào)電費(fèi)問題。
力調(diào)電費(fèi)是指電網(wǎng)公司根據(jù)客戶一段時間內(nèi)(如1個月或1年)所使用的有功電量、無功電量來計算其平均功率因數(shù),并據(jù)此收取的相關(guān)電費(fèi)。電廠所在地電網(wǎng)公司以功率因數(shù)0.9為標(biāo)準(zhǔn),功率因數(shù)的獎勵和懲罰規(guī)定如下:每低于標(biāo)準(zhǔn)0.01時,從電費(fèi)總額罰款0.5%,以此遞增,低于0.7每一級提高到1%,低于0.65每級提高到2%;每高于標(biāo)準(zhǔn)0.01時,從電費(fèi)總額獎勵0.15%,以此類推,以0.75%封頂[2]。
該電廠專線電費(fèi)與電網(wǎng)公司按月度計算,2018年1月至2020年3月,月度電費(fèi)平均值及年度電費(fèi)數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 2018年1月-2020年3月電費(fèi)結(jié)算數(shù)據(jù)
從表1可以看出,起動備用電源專線的月平均功率因數(shù)為0.18,月平均力調(diào)電費(fèi)68 202元,年度力調(diào)電費(fèi)818 424元。
為了避免因功率因數(shù)低引起的力調(diào)電費(fèi),電廠方計劃裝設(shè)SVG裝置,以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。
SVG是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。其中,逆變橋由可關(guān)斷的半導(dǎo)體器件IGBT組成,工作中,通過調(diào)節(jié)逆變橋中IGBT器件的開關(guān),可以控制直流逆變到交流的電壓幅值和相位,因此,整個裝置相當(dāng)于一個調(diào)相電源。通過檢測系統(tǒng)中所需的無功功率,可以快速發(fā)出大小相等、相位相反的無功功率,實現(xiàn)無功功率的就地平衡,保持系統(tǒng)實時高功率因數(shù)運(yùn)行[3]。SVG工作原理如圖1所示。
圖1 SVG工作原理圖
SVG的工作模式如下[4]:
1)空載模式:UI=US,補(bǔ)償電流I=0。
2)容性模式:UI>US,此時SVG的補(bǔ)償電流I超前系統(tǒng)電壓,裝置向系統(tǒng)提供容性無功功率。
3)感性模式:UI SVG的運(yùn)行模式及其補(bǔ)償特性如表2所示。 表2 SVG的運(yùn)行模式及其補(bǔ)償特性 SVG幾種常規(guī)接入方式有: 1)現(xiàn)場接入點(diǎn)與考核點(diǎn)在一起; 2)現(xiàn)場接入點(diǎn)與考核點(diǎn)不在一起,且都有TV; 3)現(xiàn)場接入點(diǎn)與考核點(diǎn)在一起,只有負(fù)載側(cè)有TA; 4)現(xiàn)場接入點(diǎn)與考核點(diǎn)不在一起,考核點(diǎn)有TV。 該起動備用電源專線在建設(shè)期未設(shè)計將對側(cè)變電站電壓、電流數(shù)據(jù)引入本電廠側(cè),同時,SVG裝置屬于電廠方投資,無法新增安裝在對側(cè)變電站內(nèi)。所以,想要實現(xiàn)考核點(diǎn)無功功率的實時動態(tài)補(bǔ)償,就必須進(jìn)行兩側(cè)通信鏈路的技術(shù)改造。通過申請光纖路由資源、增加光電轉(zhuǎn)換和通信接口裝置,引入對側(cè)考核點(diǎn)電壓、電流的實時數(shù)據(jù),以達(dá)到功率因數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)的目的。這套方案,需要電網(wǎng)公司同步開展對側(cè)變電站通信設(shè)備技術(shù)改造,使得該方案實施的可行性不大。最后,電廠方通過核對、分析電費(fèi)結(jié)算單歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)該專線絕大多數(shù)月份無功電量都集中在683 100~762 300 kvar·h之間,這與該專線相對單一、穩(wěn)定的負(fù)荷特性相符,同時,它也為SVG的無功補(bǔ)償量提供了數(shù)據(jù)支持。當(dāng)設(shè)定SVG的無功補(bǔ)償量等于或接近系統(tǒng)無功功率的消耗量時,即可實現(xiàn)考核點(diǎn)功率因數(shù)的大幅度提高。無功補(bǔ)償量方案確定后,隨即開展SVG裝置的接入工作。 根據(jù)現(xiàn)場條件,SVG裝置安裝在電廠側(cè)基建變低壓側(cè)10 kV配電段上,起動備用電源主接線如圖2所示。 圖2 起動備用電源主接線圖 SVG裝置電壓、電流數(shù)據(jù)取自電廠側(cè)110 kV線路計量TV和計量TA,同時,接入基建變10 kV母線電壓用于裝置參考電壓。SVG采用Modbus通訊協(xié)議,通過RS-485雙絞線與后臺通信,實現(xiàn)實時監(jiān)視裝置的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。 根據(jù)2018年1月至2020年3月期間的電費(fèi)結(jié)算單無功電量歷史數(shù)據(jù),SVG月度補(bǔ)償量數(shù)值選定為無功電量月均值726 220 kvar·h,經(jīng)過計算,得出每小時需補(bǔ)償?shù)臒o功功率Q為1.008 Mvar。 經(jīng)與電網(wǎng)公司溝通聯(lián)系,進(jìn)入對側(cè)變電站進(jìn)行SVG裝置的聯(lián)調(diào)。電廠側(cè)給定SVG裝置的無功補(bǔ)償量,對側(cè)變電站讀取關(guān)口電能表三相總功率因數(shù)的數(shù)值,當(dāng)日,SVG裝置無功補(bǔ)償量給定前后的數(shù)據(jù)如表3所示。 表3 關(guān)口電能表功率因數(shù)值 三相總功率因數(shù)達(dá)到0.998時,SVG無功補(bǔ)償量為0.98 Mvar,與計算值接近,驗證了計算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 2020年5月,SVG裝置投入運(yùn)行。裝置投運(yùn)前后,電費(fèi)結(jié)算數(shù)據(jù)如表4所示。 表4 SVG投運(yùn)前后電費(fèi)結(jié)算數(shù)據(jù) 隨著SVG裝置的投運(yùn),考核性力調(diào)電費(fèi)相應(yīng)大幅度減少。表4中7月份,因SVG裝置與后臺發(fā)生通信故障,裝置進(jìn)行了停電檢修,損失了部分無功電能量的補(bǔ)償,使得該月三相總功率因數(shù)低于0.9,從而產(chǎn)生了考核性力調(diào)電費(fèi)。 從表4可以看出,SVG裝置投運(yùn)半年,經(jīng)濟(jì)效益顯著[5],預(yù)計兩年即可收回投資成本。 電力系統(tǒng)中,與此文類似的起動備用電源由外部專線供電的電廠,也存在力調(diào)電費(fèi)考核的情況。從此文分析可知,增設(shè)無功補(bǔ)償裝置,是解決力調(diào)電費(fèi)的良好方案。在接入無功補(bǔ)償裝置時,優(yōu)先推薦引入考核點(diǎn)電氣量的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)的無功補(bǔ)償。如果現(xiàn)場條件難以滿足,則可以參考與此文類似的靜態(tài)無功補(bǔ)償策略。 起動備用電源專線系統(tǒng)相對單一、穩(wěn)定的負(fù)荷特性,決定了月度無功電量數(shù)據(jù)的相對穩(wěn)定。電廠方可以通過核對歷史電量數(shù)據(jù), 計算確定無功補(bǔ)償 裝置的容量和補(bǔ)償量,即可實現(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)的大幅度提高,從而免除考核性力調(diào)電費(fèi)。3 SVG接入方式
4 系統(tǒng)調(diào)試
5 效益對比
6 結(jié) 語