河南省三门峡灵宝市电业局:并网小水电无功不足及其改进措施

电力18讯：    1 水电站概述
    灵宝市位于河南省西部，豫、秦、晋三省交界处，为秦岭山脉东延部分，属黄土丘陵地区，南依小秦岭、崤山，与卢氏县、洛宁县及陕西省洛南县接壤，北濒黄河，与山西省芮城县、平陆县隔河相望，东邻陕县，西接陕西省潼关县。东西长76.4千米，南北宽68.7千米，总面积3011平方千米。南部山区水力资源较为丰富。近几年来，随着国民经济快速发展，城乡电力负荷不断增加，当地水电站为经济的发展提供了有力的支持。目前地区境内有水电站47座，发电机68台，容量17341KW，年发电量5800万kwh。
    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。
    以35kv苏村变电站为例，该站处于南部山区，带并网电站7座，其中最多一条10kv线路带3座水电站，线路一直运行在较低的功率因数下，线损率考核很难达标。原因是并网水电站机组发出的基本全是有功功率，发电机运行在“欠励磁”状态，发电机从电网中汲取感性无功功率以维持机组运行，因而使并网线路功率因数降低，加大了电网的有功损耗。
2、造成并网水电站无功出力不足的原因
通过对水电站实地调查，总结造成小水电站欠发无功，造成线路损耗加大的设备和管理两方面原因：
2.1 设备因素
一是线路参数不合适，致使发电机发出无功减少。小水电站处于边远山区，通过10kv配电线路或分支线入网，线路较长、电压等级不高，导线截面小等问题。电网电压恒定的情况下，输电线路越长导线截面越小，则阻抗越大，发电机输出的电流越小，如果发电机的原动力不变，电流中的有功分量也不变，减小的是无功电流分量，所以发电机向电网输送的无功功率减小。
二是升压变压器选用不当。小水电站由于各种原因购不到升压变压器，而采用降压变压器，由于输电线路较长压降较大，电压运行在10.5KV，当小水电站以降压变压器做升压变压器使用，这时电压既要与电网潮流平衡，又必须克服线路阻抗产生的压降，因而高压侧电压应高于运行电压1.1-1.5倍左右才能并网发电。发电机机端电压升高，甚至超过额定电压运行的极限状态，因而导致发电机的功率因数值也随之升高，功率因数上升，从而也就限制了无功输出。
三是发电机的励磁系统容量不足。运行中，随着并网机组所带负荷的增加，机端电压相应升高，电压达到1.05Ue时，定子铁心相当饱和，在电枢反应去磁作用下，所需励磁电流较大，但是继续增加励磁电流虽然无功出力和机端电压稍有增加，但发热严重，限制了励磁调节，也就限制了无功输出。
2.2 管理因素
根据政策，目前收购上网电，在计量计费点，按功率因数等于0.8计算，即1kwh有功配0.75kvarh无功收购，并按欠3kvarh扣除1kwh有功。虽然这样，但对于径流式小水电来说，在丰水期，为了尽量减少弃水，抢发有功，减发无功，宁可扣除部分电费，造成发无功不足的现象。
部分水电站值班人员由于历史原因，素质较低，长期以来不进行培训，错误认为向电网发无功，会影响有功的输出，有意将励磁调至最小，造成发电机在“欠励磁”状态下运行，加重电网的无功负担，造成不应有的有功损耗。但实际上无功电量的输出只是一种能量的交换模式，有功输出能力只于输入功率大小有关，即与水轮机的导水叶开启角度大小有关，所以应及时调节励磁电流，使其有功无功比例在合理范围并网运行。
3 改进方法及措施
3.1加强调度管理。小水电上网发电必须服从电力部门的统一调度，遵守调度规程，执行调度命令，做好运行记录。
3.2整改输电线路或在较近处并网。改造陈旧、导线截面较小的输电线路，更换较大截面的导线。在较近处并网可以减少并网线路的阻抗，降低线路压降，以降低发电机的运行电压，保持发电机应有的出力。
3.3更换改造现行的升压变压器。将现在运行的降压变压器更换为升压变压器；再就是对现行变压器进行改造，在铁心空间允许的情况下，增加变压器绕组匝数。
3.4改善发电机的励磁系统。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。
3.5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。
3.6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。
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。
5结束语
总之，小水电站上网无功不足问题需从人员、设备、技术等多方位进行考虑才能达到要求，才能保证发电上网的经济性与可靠性，才能为用户提供优质的电能，满足用户更好的需求。许伟波