小水電無功上網(wǎng)電量不足情況的分析與對策

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0 概述

　　隨著近年水電農村電氣化縣建設資金的投入，農村水電建設規(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)電能質量和無功上網(wǎng)不足直接關系到電網(wǎng)的供電質量和小水電的經(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保障。經(jīng)濟有效解決小水電無功上網(wǎng)電量不足對水電站經(jīng)濟、高效、安全、可靠運行致關重要。

　　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)電能質量的重要技術指標和經(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備，增大勵磁電流；投入發(fā)電設備，枯水期調相運行；增設電力電容等措施，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山區(qū)，上網(wǎng)線路半經(jīng)大，用電負荷變化大，加之農村小型水電站上網(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電壓值的變壓器設計方法，從而改變高低壓側電壓有效值，并利用變壓器分接開關增大變壓器電壓調整范圍，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)供電質量。

　　2 提高小水電無功上網(wǎng)措施的技術性和經(jīng)濟性比較

　　2.1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)電量和供電質量的重要條件，勵磁控制質量的好壞直接影響上網(wǎng)電量質量和電力系統(tǒng)的供電質量，但這種方法不能完全有效解決小水電尤其是農村偏遠、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，即使超出增大勵磁電流發(fā)電機額定值范圍，有些電站不但不能滿足無功上網(wǎng)的需要，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有很大影響。

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

　　2.3利用發(fā)電設備調相運行。對徑流式電站一般在枯水期，設備多的情況下采用，時間局限性強。

　　2.4改變主變壓器變壓比及調壓范圍。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。該方法對新建和技改水電站在更換主變壓器時，根據(jù)電網(wǎng)電壓變化幅度范圍，進行計算分析，在購置設備時提供加工技術數(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)電壓質量。

　　3 電網(wǎng)電壓參數(shù)分析及處理對策

　　3.1電網(wǎng)電壓參數(shù)統(tǒng)計分析。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、冬季目一天的電網(wǎng)電氣參數(shù)統(tǒng)計計算分析見表一。

　　表一：電網(wǎng)典型電壓統(tǒng)計分析

　　電壓值高中低

　　一次側12.1kv 11.6kv 11.0kv

　　二次側0.48kv 0.46kv 0.44kv

　　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調節(jié)匝數(shù)比，變壓器設計參數(shù)計算。

　　變壓器設計參數(shù)計算參數(shù)有以下幾個方面：開關位置電壓（kv）、電流（kA）、匝數(shù)開關位置電壓（kv）、電流（kA）、匝數(shù)

　　通過計算電壓值表二可知，在電網(wǎng)電壓過高時，利用變壓器分接開關調節(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180kv.A的三相變壓器，聯(lián)結，鐵芯截面SFe=160c㎡，鐵芯中最大磁通密度Bm=1.445T，試求：

　?。?）一次及二次側繞組的匝數(shù)；

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

　　解：高壓繞組抽頭及匝數(shù)見表二“變壓器設計參數(shù)計算”，通過利用高壓繞組抽頭和分接開關來改變高低壓側電壓有效值、使電壓有足夠大的調整范圍，有效解決電網(wǎng)電壓高對無功上網(wǎng)電量不足的影響，從而提高水電站經(jīng)濟運行和電網(wǎng)供電質量及電氣設備的使用壽命。

　　4 改善無功上網(wǎng)不足的經(jīng)濟效益和社會效益

　　4.1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。

　　4.2社會效益。提高電力系統(tǒng)供電質量，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，提高電氣設備運行效率，為構建節(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。