小水电无功电量不足的分析与对策

针对目前小水电站，尤其是农村小型水电站，因受电网电压波动影响，无功上网时有不足，这种现象不但影响了小水电站的经济运行，也关系到电网的供电质量。小水电无功电量不足不但降低用电设备的工作效率，也降低电气设备的使用寿命。降损节能、提高效率旨在提高电网的供电质量和供电电压水平，而小水电上网电能质量的好坏也直接关系到电网和小水电的安全、经济、高效、可靠运行。现对小水电无功电量不足的总结与分析，对如何解决小水电无功电量不足提出几点建议和处理方法。
　　 0概述
　　随着近年水电农村电气化县建设资金的投入，农村水电建设规模进一步扩大，尤其在水力资源较好的偏远山区，小水电装机容量在电网中所占比例逐渐壮大，水电上网电能质量和无功上网不足直接关系到电网的供电质量和小水电的经济、高效、安全、可靠运行。满足电网对小水电无功上网电量的要求，是小水电和电网降损节能、提高效率的重要管理手段和科学的技术保障。经济有效解决小水电无功上网电量不足对水电站经济、高效、安全、可靠运行致关重要。
　　 1小水电无功电量不足的分析
　　1.1提高小水电无功电量的重要性途径。电力系统无功电量不足对电力系统的安全、经济、可靠运行将产生很大影响，无功电量多少是衡量和考核电网电能质量的重要技术指标和经济指标之一。小水电无功上网电量是电力系统考核小水电站电能质量的重要指标，无功上网电量直接与小水电的经济运行挂钩。针对这一情况，大部分小水电站相继投入了物力、财力来改善小水电无功上网电量的不足，方法大都采用改造励磁设备，增大励磁电流；投入发电设备，枯水期调相运行；增设电力电容等措施，虽然这些方法投资大，但也有效改善无功上网电量和提高电网供电质量。
　　1.2小水电无功电量受上网电压影响。小水电站大都建在偏远山区，上网线路半经大，用电负荷变化大，加之农村小型水电站上网电压等级较低，一般大都在10kv电压等级，后夜电压高达11kv以上，按电力变压器的最低档电压反眏到低压侧电压在0.45kv左右，直接影响小水电的无功上网电量不足。
　　1.3改变变压器调压范围是满足无功上网电量的不足的方法之一。针对这一原因，并通过对小水电站电气运行理论分析，提出应重视改变变压器的变压比即匝数比，有效改善无功上网电量不足，在保持发电机端电压400V±5%不变，增大主变压器高压侧电压值的变压器设计方法，从而改变高低压侧电压有效值，并利用变压器分接开关增大变压器电压调整范围，升高上网电压，满足无功上网电量。从理论上讲，该方法能保证发电机端电压在规定值运行，提高发电机和电气设备的使用寿命和经济运行，有效解决无功上网电量不足和电网供电质量。
　　 2.提高小水电无功上网措施的技术性和经济性比较
　　2.1改善励磁条件。采用改善励磁条件，增大励磁电流的方法是改善上网电量和供电质量的重要条件，励磁控制质量的好坏直接影响上网电量质量和电力系统的供电质量，但这种方法不能完全有效解决小水电尤其是农村偏远、上网条件较差的小水电站，当电网电压夜间过高时，增大励磁电流是有限的，即使超出增大励磁电流发电机额定值范围，有些电站不但不能满足无功上网的需要，长期超出发电机额定电压值运行对发电机绝缘和使用寿命有很大影响。
　　2.2增设电力电容。增设电力电容是有效补偿无功电量不足的途径，但这种方法需要设备多、投资大、不宜节省空间等缺点。
　　2.3利用发电设备调相运行。对径流式电站一般在枯水期，设备多的情况下采用，时间局限性强。
　　2.4改变主变压器变压比及调压范围。也是有效改善水电站无功上网电量不足的有效措施，是增大无功上网电量的有效途径之一。该方法对新建和技改水电站在更换主变压器时，根据电网电压变化幅度范围，进行计算分析，在购置设备时提供加工技术数据，该方法基本不需二次投资和增加投资，可有效提高无功上网电量。存在问题是：改变变压比是单一的追求小水电无功上网的经济利益，小水电占电力网比重大时，对电力系统电压质量产生影响，而该方法示小水电上网电压情况确定。一般情况是：小水电站在地方电网中所占比重小，当并入无限大电网运行时，发电机运行特性软，不能左右电网电压高低，不会影响电网电压质量。
　　 3电网电压参数分析及处理对策
　　3.1电网电压参数统计分析。通过对电网电压变化幅度分析，并随机抽查电压变化幅度大的夏、冬季目一天的电网电气参数统计计算分析见表一。
　　 表一：电网典型电压统计分析
　　电压值高中低
　　一次侧12.1kv11.6kv11.0kv
　　二次侧0.48kv0.46kv0.44kv
　　夏季凌晨1-5点时段10kv电网电压12.1kv经降压变压器降压后低压侧电压为0.48kv；5-9点时段10kv电网电压11.6kv经降压变压器降压后低压侧电压为0.46kv；9-18点时段10kv电网电压11kv经降压变压器降压后低压侧电压为0.44kv；18-24点时段11kv电网电压经降压变压器降压后低压侧电压为0.44kv；网络电压过高无功上网受限制。
　　经过对电网电压即电气参数分析计算确定，改变变压器匝数比后，利用变压器分接开关调节匝数比，表二：变压器设计参数计算。
　　表 二：变压器设计参数计算
　　一次侧二次侧
　　开关位置电压（kv）电流（kA）匝数开关位置电压（kv）电流（kA）匝数
　　Ⅰ12.17.61362Ⅰ0.423145
　　Ⅱ11.68.01300Ⅱ0.423145
　　Ⅲ11.08.41238Ⅲ0.423145
　　Ⅳ10.58.81177Ⅳ0.423145
　　Ⅴ9.99.31115Ⅴ0.423145
　　通过计算电压值表二可知，在电网电压过高时，利用变压器分接开关调节电压比即匝数比可满足水电站无功上网的需要。
　　3.2举例分析。一台180kv.A的三相变压器，联结，铁芯截面SFe=160c㎡，铁芯中最大磁通密度Bm=1.445T，试求：（1）一次及二次侧绕组的匝数；（2）按水电站设计计算变压器要求，二次侧电压应在额定值不变，利用高压绕组抽头和分接开关来升高高压侧电压，满足升高电压范围，现理论计算步骤和方法仅供参考？
　　解：
　　高压绕组抽头及匝数见表二“变压器设计参数计算”，通过利用高压绕组抽头和分接开关来改变高低压侧电压有效值、使电压有足够大的调整范围，有效解决电网电压高对无功上网电量不足的影响，从而提高水电站经济运行和电网供电质量及电气设备的使用寿命。
　　 4改善无功上网不足的经济效益和社会效益
　　4.1经济效益。解决水电站无功电量上网的不足，满足电网对水电站无功电量的技术和经济考核，提高水电运行功率因数值，保证水电上网电能质量，解决电网不因少发一千乏无功电量而扣减一千瓦有功电量和经济处罚的经济损失，提高水电运行的经济效益，增加水电经济收入。
　　4.2社会效益。提高电力系统供电质量，保障电力网络运行的可靠性、安全性和经济性，解决小水电站无功上网电量不足，对改善电网功率因数、降低电网电能损失，提高电气设备运行效率，为构建节约、和谐、生态、环保型社会将产生巨大的经济效益和社会效益。