小水電無功電量不足的原因和處理方法

孫宏明

[摘要]目前小水電站，因受電網電壓波動影響，無功上網時有不足，這種情況不但影響了小水電站的經濟運行，也關系到電網的供電質量。降損節能、提高效率旨在提高電網的供電質量和供電電壓水平，而小水電上網電能質量的好壞也直接關系到電網和小水電的安全、經濟、高效、可靠運行。

[關鍵詞]小水電 無功電量 不足 方法

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0520027－01

小水電無功電量不足不但降低用電設備的工作效率，也降低電氣設備的使用壽命。滿足電網對小水電無功電量的要求，是小水電和電網降損節能、提高效率的重要管理手段和科學的技術保障。經濟有效解決小水電無功上網電量不足對水電站經濟、高效、安全、可靠運行至關重要。現對小水電無功電量不足原因及處理方法進行分析。

一、無功電量的重要性

電力系統無功電量不足對電力系統的安全、經濟、可靠運行將產生很大影響，無功電量是衡量和考核電網電能質量的重要技術指標和經濟指標之一。小水電無功上網電量是電力系統考核小水電站電能質量的重要指標，無功上網電量直接與小水電的經濟運行掛鉤。

二、小水電無功電量不足的原因

1．小水電站大部分建在偏遠山區，上網線路半經大，用電負荷變化大，加之農村小型水電站上網電壓等級較低，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電量不足。2．有的電站一般正常運行是不需要無功補償的，但由于電站每年的溢洪次數較多，溢洪量大，為了減少棄水量，機組可以增發10%有功，而減發無功電（在保持發電機的視在功率，定子額定電流，機組的機械性能允許的情況下），造成上網無功電不足。

三、改善小水電無功上網電量不足的方法

（一）改善勵磁條件

改善勵磁條件，增大勵磁電流的是改善上網無功電量不足和供電質量的重要方法，勵磁控制質量的好壞直接影響上網電量質量和電力系統的供電質量，但這種方法不能完全有效解決小水電尤其是農村偏遠、上網條件較差的小水電站，當電網電壓夜間過高時，增大勵磁電流是有限的，即使超出增大勵磁電流發電機額定值范圍，有些電站不但不能滿足無功上網的需要，長期超出發電機額定電壓值運行對發電機絕緣和使用壽命有很大影響。

（二）增設電力電容

電力電容器作為補償裝置，具有安裝方便、建設周期短、造價低、運行維護簡便、自動損耗小（每Kvar功功率損耗約為0.3～0.4%以下）等優點，是當前國內外廣泛采用的補償方面。這種方法的缺點是電力電容器使用壽命較短；無功出力與運行電壓平方成正比，當電力系統運行電壓降低，補償效果降低。

（三）利用發電設備調相運行

對徑流式電站，在枯水期可以利用水電站多余的機組改變為調相運行，向電網發送無功。缺點是時間局限性強。水電站調相運行的方式有兩種：1.水輪發電機組不分開。按照發電機運行時并車步驟及操作方法，將機組并入電網運行，隨之將水輪機導水葉逐漸關小直至全關，停止向水輪機供水。根據電網的無功余缺狀況，調整發電機轉子勵磁電流大小，使機組處于“過激”或“欠激”狀態下運行，機組便根據電網的需要輸出感性或容性無功，以彌補電網無功的不足。2.水輪機和發電機分開。對較長時間或專用作調相機運行的水輪發電機組，為了減少有功的消耗和水輪機的磨損，應將水輪機與發電機的聯接分開，用發電機作為調相機運行。對這種發電機與水輪機分離的狀況，必須采用其他方法或另用專門的原動機來帶動發電機，一般采用“異步啟動”法將三相電源直接加到作調相機的發電機三相定子繞組下，借助異步轉矩的作用啟動發電機并加速。調相機拉入同步后，根據電網需要調整勵磁電流大小，便可向電網輸出無功。

（四）改變變壓器調壓范圍

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電量不足的有效措施，是增大無功上網電量的有效途徑之一。通過對小水電站電氣運行理論分析，改變變壓器的變壓比即匝數比，可有效改善無功上網電量不足。在保持發電機端電壓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，升高上網電壓，滿足無功上網電量。該方法對新建和技改水電站在更換主變壓器時，根據電網電壓變化幅度范圍，進行計算分析，在購置設備時提供加工技術數據，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的經濟利益，小水電占電力網比重大時，對電力系統電壓質量產生影響。

四、改善無功上網不足的經濟效益和社會效益

（一）經濟效益

解決水電站無功電量上網的不足，滿足電網對水電站無功電量的技術和經濟考核，提高水電運行功率因數值，保證小水電上網電能質量，解決電網因少發無功電量而受經濟處罰的經濟損失，提高水電運行的經濟效益，增加水電經濟收入。如某電站0.2萬kW機組一般正常運行是不需要無功補償的，但由于水庫每年的溢洪次數較多，溢洪量大，為了減少棄水量，機組可以增發至0.22～0.23萬kW有功，而減發無功電（在保持發電機的視在功率，定子額定電流，機組的機械性能允許的情況下）。該電站根據實際情況在10kV高壓側并聯900kVar電容器組成套裝置作無功補償。900kVar 成套裝置，成本約為20萬元。按一年溢洪達個月，則估算增發有功為年1000h，1000×300=30萬kWh/a，按0.4元/kWh計算，年增收12萬元，成本在兩年內可以回收，經濟效益是很明顯的。但要根據電站多年水位，庫容數據，年溢洪量多少，溢洪時間天數等，取得有效數據，作綜合分析，正確選擇電容器容量。

（二）社會效益

提高電力系統供電質量，保障電力網絡運行的可靠性、安全性和經濟性，解決小水電站無功上網電量不足，對改善電網功率因數、降低電網電能損失，提高電氣設備運行效率，為構建節約、和諧、生態、環保型社會將產生巨大的社會效益。

參考文獻：

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