小水電無功上網(wǎng)電量不足情況的分析與對(duì)策

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0 概述

　　隨著近年水電農(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(jìn)一步擴(kuò)大，尤其在水力資源較好的偏遠(yuǎn)山區(qū)，小水電裝機(jī)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)不足直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量和小水電的經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可靠運(yùn)行。滿足電網(wǎng)對(duì)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(xué)的技術(shù)保障。經(jīng)濟(jì)有效解決小水電無功上網(wǎng)電量不足對(duì)水電站經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可靠運(yùn)行致關(guān)重要。

　　1 小水電無功電量不足的分析

　　1.1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(duì)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)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(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(biāo)，無功上網(wǎng)電量直接與小水電的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行掛鉤。針對(duì)這一情況，大部分小水電站相繼投入了物力、財(cái)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(lì)磁設(shè)備，增大勵(lì)磁電流；投入發(fā)電設(shè)備，枯水期調(diào)相運(yùn)行；增設(shè)電力電容等措施，雖然這些方法投資大，但也有效改善無功上網(wǎng)電量和提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

　　1.2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(yuǎn)山區(qū)，上網(wǎng)線路半經(jīng)大，用電負(fù)荷變化大，加之農(nóng)村小型水電站上網(wǎng)電壓等級(jí)較低，一般大都在10kv電壓等級(jí)，后夜電壓高達(dá)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。

　　1.3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(duì)這一原因，并通過對(duì)小水電站電氣運(yùn)行理論分析，提出應(yīng)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(jī)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(jì)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(jī)端電壓在規(guī)定值運(yùn)行，提高發(fā)電機(jī)和電氣設(shè)備的使用壽命和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有效解決無功上網(wǎng)電量不足和電網(wǎng)供電質(zhì)量。

　　2 提高小水電無功上網(wǎng)措施的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比較

　　2.1改善勵(lì)磁條件。采用改善勵(lì)磁條件，增大勵(lì)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(lì)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(yuǎn)、上網(wǎng)條件較差的小水電站，當(dāng)電網(wǎng)電壓夜間過高時(shí)，增大勵(lì)磁電流是有限的，即使超出增大勵(lì)磁電流發(fā)電機(jī)額定值范圍，有些電站不但不能滿足無功上網(wǎng)的需要，長(zhǎng)期超出發(fā)電機(jī)額定電壓值運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣和使用壽命有很大影響。

　　2.2增設(shè)電力電容。增設(shè)電力電容是有效補(bǔ)償無功電量不足的途徑，但這種方法需要設(shè)備多、投資大、不宜節(jié)省空間等缺點(diǎn)。

　　2.3利用發(fā)電設(shè)備調(diào)相運(yùn)行。對(duì)徑流式電站一般在枯水期，設(shè)備多的情況下采用，時(shí)間局限性強(qiáng)。

　　2.4改變主變壓器變壓比及調(diào)壓范圍。也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(duì)新建和技改水電站在更換主變壓器時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)電壓變化幅度范圍，進(jìn)行計(jì)算分析，在購(gòu)置設(shè)備時(shí)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(jì)利益，小水電占電力網(wǎng)比重大時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量產(chǎn)生影響，而該方法示小水電上網(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(dāng)并入無限大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性軟，不能左右電網(wǎng)電壓高低，不會(huì)影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

　　3 電網(wǎng)電壓參數(shù)分析及處理對(duì)策

　　3.1電網(wǎng)電壓參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析。通過對(duì)電網(wǎng)電壓變化幅度分析，并隨機(jī)抽查電壓變化幅度大的夏、冬季目一天的電網(wǎng)電氣參數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析見表一。

　　表一：電網(wǎng)典型電壓統(tǒng)計(jì)分析

　　電壓值高中低

　　一次側(cè)12.1kv 11.6kv 11.0kv

　　二次側(cè)0.48kv 0.46kv 0.44kv

　　夏季凌晨1-5點(diǎn)時(shí)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(diǎn)時(shí)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(diǎn)時(shí)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(diǎn)時(shí)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(luò)電壓過高無功上網(wǎng)受限制。

　　經(jīng)過對(duì)電網(wǎng)電壓即電氣參數(shù)分析計(jì)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(jì)參數(shù)計(jì)算。

　　變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算參數(shù)有以下幾個(gè)方面：開關(guān)位置電壓（kv）、電流（kA）、匝數(shù)開關(guān)位置電壓（kv）、電流（kA）、匝數(shù)

　　通過計(jì)算電壓值表二可知，在電網(wǎng)電壓過高時(shí)，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。

　　3.2舉例分析。一臺(tái)180kv.A的三相變壓器，聯(lián)結(jié)，鐵芯截面SFe=160c㎡，鐵芯中最大磁通密度Bm=1.445T，試求：

　?。?）一次及二次側(cè)繞組的匝數(shù)；

　?。?）按水電站設(shè)計(jì)計(jì)算變壓器要求，二次側(cè)電壓應(yīng)在額定值不變，利用高壓繞組抽頭和分接開關(guān)來升高高壓側(cè)電壓，滿足升高電壓范圍，現(xiàn)理論計(jì)算步驟和方法僅供參考？

　　解：高壓繞組抽頭及匝數(shù)見表二“變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算”，通過利用高壓繞組抽頭和分接開關(guān)來改變高低壓側(cè)電壓有效值、使電壓有足夠大的調(diào)整范圍，有效解決電網(wǎng)電壓高對(duì)無功上網(wǎng)電量不足的影響，從而提高水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電網(wǎng)供電質(zhì)量及電氣設(shè)備的使用壽命。

　　4 改善無功上網(wǎng)不足的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

　　4.1經(jīng)濟(jì)效益。解決水電站無功電量上網(wǎng)的不足，滿足電網(wǎng)對(duì)水電站無功電量的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考核，提高水電運(yùn)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)一千乏無功電量而扣減一千瓦有功電量和經(jīng)濟(jì)處罰的經(jīng)濟(jì)損失，提高水電運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，增加水電經(jīng)濟(jì)收入。

　　4.2社會(huì)效益。提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量，保障電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，解決小水電站無功上網(wǎng)電量不足，對(duì)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(yùn)行效率，為構(gòu)建節(jié)約、和諧、生態(tài)、環(huán)保型社會(huì)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。