小水電無功電量不足的分析與對策

□蔡建林 □張新亮 □王云鵬

（駐馬店市板橋水庫管理局）

隨著近年農(nóng)村電氣化縣建設(shè)資金的投入，農(nóng)村水電建設(shè)規(guī)模進一步擴大，尤其在水力資源較好的偏遠山區(qū)，小水電裝機容量在電網(wǎng)中所占比例逐漸壯大。水電上網(wǎng)電能質(zhì)量和無功上網(wǎng)不足，直接影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量和小水電的經(jīng)濟、高效、安全、可靠運行。滿足電網(wǎng)對小水電無功上網(wǎng)電量的要求，是小水電和電網(wǎng)降損節(jié)能、提高效率的重要管理手段和科學的技術(shù)保障。有效解決小水電無功上網(wǎng)電量不足問題，對水電站經(jīng)濟、高效、安全、可靠運行至關(guān)重要。

一、小水電無功電量不足的分析

（一）提高小水電無功電量的重要性途徑

電力系統(tǒng)無功電量不足對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、可靠運行將產(chǎn)生很大影響，無功電量多少是衡量和考核電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要技術(shù)指標和經(jīng)濟指標之一。小水電無功上網(wǎng)電量是電力系統(tǒng)考核小水電站電能質(zhì)量的重要指標，無功上網(wǎng)電量直接與小水電的經(jīng)濟運行掛鉤。針對這一情況，大部分小水電站相繼投入了物力、財力來改善小水電無功上網(wǎng)電量的不足，方法大都采用改造勵磁設(shè)備，增大勵磁電流；投入發(fā)電設(shè)備，枯水期調(diào)相運行；增設(shè)電力電容等措施，雖然這些方法投資大，但也有效改善了無功上網(wǎng)電量和提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

（二）小水電無功電量受上網(wǎng)電壓影響

小水電站大都建在偏遠山區(qū)，上網(wǎng)線路半徑大，用電負荷變化大，加之農(nóng)村小型水電站上網(wǎng)電壓等級較低，一般大都在10kV電壓等級，后夜電壓高達11kV以上，按電力變壓器的最低檔電壓反眏到低壓側(cè)電壓在0.45kV左右，直接影響小水電的無功上網(wǎng)電量不足。

（三）改變變壓器調(diào)壓范圍是滿足無功上網(wǎng)電量的不足的方法之一。

針對這一原因，并通過對小水電站電氣運行理論分析，提出應重視改變變壓器的變壓比即匝數(shù)比，有效改善無功上網(wǎng)電量不足，在保持發(fā)電機端電壓400V±5%不變，增大主變壓器高壓側(cè)電壓值的變壓器設(shè)計方法，從而改變高低壓側(cè)電壓有效值，并利用變壓器分接開關(guān)增大變壓器電壓調(diào)整范圍，升高上網(wǎng)電壓，滿足無功上網(wǎng)電量。從理論上講，該方法能保證發(fā)電機端電壓在規(guī)定值運行，提高發(fā)電機和電氣設(shè)備的使用壽命和經(jīng)濟運行，有效解決無功上網(wǎng)電量不足和電網(wǎng)供電質(zhì)量。

二、提高小水電無功上網(wǎng)措施的技術(shù)性和經(jīng)濟性比較

（一）改善勵磁條件

采用改善勵磁條件，增大勵磁電流的方法是改善上網(wǎng)電量和供電質(zhì)量的重要條件，勵磁控制質(zhì)量的好壞直接影響上網(wǎng)電量質(zhì)量和電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，但這種方法不能完全有效解決小水電尤其是農(nóng)村偏遠、上網(wǎng)條件較差的小水電站，當電網(wǎng)電壓夜間過高時，增大勵磁電流是有限的。雖然可以超出增大勵磁電流發(fā)電機額定值范圍，但是有些電站不但不能滿足無功上網(wǎng)的需要，相反，長期超出發(fā)電機額定電壓值運行對發(fā)電機絕緣和使用壽命卻有很大影響。

（二）增設(shè)電力電容

增設(shè)電力電容是有效補償無功電量不足的途徑，但這種方法存在需要設(shè)備多、投資大、不宜節(jié)省空間等缺點。

（三）利用發(fā)電設(shè)備調(diào)相運行

對徑流式電站一般在枯水期、設(shè)備多的情況下采用，時間局限性強。

（四）改變主變壓器變壓比及調(diào)壓范圍

這是有效改善水電站無功上網(wǎng)電量不足的有效措施，是增大無功上網(wǎng)電量的有效途徑之一。該方法對新建和技改水電站在更換主變壓器時適用，根據(jù)電網(wǎng)電壓變化幅度范圍，進行計算分析，在購置設(shè)備時提供加工技術(shù)數(shù)據(jù)，該方法基本不需二次投資和增加投資，可有效提高無功上網(wǎng)電量。存在問題是：改變變壓比是單一的追求小水電無功上網(wǎng)的經(jīng)濟利益，小水電占電力網(wǎng)比重大時，對電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量產(chǎn)生影響，而該方法視小水電上網(wǎng)電壓情況確定。一般情況是：小水電站在地方電網(wǎng)中所占比重小，當并入無限大電網(wǎng)運行時，發(fā)電機運行特性軟，不能左右電網(wǎng)電壓高低，不會影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

三、電網(wǎng)電壓參數(shù)分析及處理對策

通過對電網(wǎng)電壓變化幅度分析，并隨機抽查電壓變化幅度大的夏、冬季1天的電網(wǎng)電氣參數(shù)統(tǒng)計計算分析如下：

電網(wǎng)典型電壓統(tǒng)計分析：電壓值高中低，一次側(cè)12.1kV 11.6kV11.0kV；二次側(cè)0.48kV0.46kV0.44kV。

夏季凌晨1～5點時段10kV電網(wǎng)電壓12.1kV經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.48kV；5～9點時段10kV電網(wǎng)電壓11.6kV經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.46kV；9～18點時段10kV電網(wǎng)電壓11kV經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.44kV；18～24點時段11kV電網(wǎng)電壓經(jīng)降壓變壓器降壓后低壓側(cè)電壓為0.44kV；網(wǎng)絡電壓過高無功上網(wǎng)受限制。

經(jīng)過對電網(wǎng)電壓即電氣參數(shù)分析計算確定，改變變壓器匝數(shù)比后，利用變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)匝數(shù)比。變壓器設(shè)計參數(shù)計算如下。一次側(cè)二次側(cè)：開關(guān)位置，電壓（k V），電流（k A），匝數(shù)：Ⅰ12.17.61362Ⅰ0.423145；Ⅱ11.68.01300Ⅱ0.423145；Ⅲ11.08.41238Ⅲ0.423145；Ⅳ10.58.81177Ⅳ0.423145；Ⅴ9.99.31115Ⅴ0.423145。

通過計算電壓值可知，在電網(wǎng)電壓過高時，利用變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)電壓比即匝數(shù)比可滿足水電站無功上網(wǎng)的需要。

四、改善無功上網(wǎng)不足的經(jīng)濟效益和社會效益

（一）經(jīng)濟效益

解決水電站無功電量上網(wǎng)的不足，滿足電網(wǎng)對水電站無功電量的技術(shù)和經(jīng)濟考核，提高水電運行功率因數(shù)值，保證水電上網(wǎng)電能質(zhì)量，解決電網(wǎng)不因少發(fā)1000乏無功電量而扣減1·kW有功電量和經(jīng)濟處罰的經(jīng)濟損失，提高水電運行的經(jīng)濟效益，增加水電經(jīng)濟收入。

（二）社會效益

提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量，保障電力網(wǎng)絡運行的可靠性、安全性和經(jīng)濟性，解決小水電站無功上網(wǎng)電量不足，對改善電網(wǎng)功率因數(shù)、降低電網(wǎng)電能損失，提高電氣設(shè)備運行效率，為構(gòu)建節(jié)約、和諧、生態(tài)、環(huán)保型社會將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。