小水電并網計量方式現狀分析與改進措施探索

摘 要：本文通過對現行小水電并網、計量方式的分析，探索出一種有價值的改進方式。通過對改進前后的比較、分析，論證了改善現行運行方式、改良計量方案的可行性。通過測算，得出了在2～5年能創造出純收益的結論。

關鍵詞：小水電 運行 計量 改進 措施

中圖分類號：TV7文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0053-02

隨著電力企業精益化管理的進步，粗放管理痕跡亟待改進。以前，在電力系統安全與經濟運行平衡結合點的選擇上，還存在一定不夠精細之處，有待重新定位。比如小水電與大電網并網方式中，常常存在過于偏重安全、忽略經濟運行的情況。筆者通過深入觀察身邊的工作環境實況，細致分析、創新思維，解決了問題，發現了出路，確定了恰當而合理的改進方式。

1 現狀分析

目前，對小水電并網點的計量多采用上下網同一套計量設備，設置在升壓變電站高壓側，經電壓、電流互感器變壓變流后接電能表，以正向為上網，反向為下網的方式。此方式而有利有弊，分析如下。

1.1 弊端分析

（1）受制于計量裝置的靈敏度，計量下網用電負荷時，誤差很大。由于采用同一套計量裝置，不可能同時兼顧到上下網的負載情況，其設計參考依據往往就僅能顧及上網負載，按照上網時的額定負荷選取電流互感器的規格。而在下網時，實際負荷就很小，就會受制于計量裝置的靈敏度，導致計量準確性大幅度降低。

（2）在下網時，運行方式不經濟，損耗大、效率低。升壓變壓器轉換為降壓變壓器，其容量很大，與實際負荷不匹配，存在“大馬拉小車”現象。變壓器嚴重輕載的現象，過多消耗系統無功功率，產生不必要的變壓器損耗。

1.2 有利方面

節省設備，運行方式簡單。因為僅采用一套計量裝置，只采用一臺升壓變壓器（反向運行時作降壓變壓器），上下網兼用，單點單線連接，節省了線路、開關，運行方式簡單可靠。

2 運行方式與計量方案的改進

根據小水電上網和下網負荷差別過大的特點，將其一分為二，分別以獨立的電氣回路運行，在兩條獨立回路中分別根據其額定容量配置計量設備，這樣就能大大提高計量準確度。

當水電廠發電，處于上網期間時，升壓站高壓側斷路器閉合，廠用變高壓側斷路器斷開，按上網潮流方向流向方式運行。升壓站高壓側電能計量裝置計量其發電量。當水電廠停止發電，處于檢修停發狀態時，升壓站高壓側斷路器斷開，廠用變高壓側斷路器閉合，按下網潮流方向流向方式運行。廠用變電能計量裝置計量其下網用電量。

改進之后的利弊分析。

2.1 利益

與改進前相比，弊即轉為利：

（1）.運行方式更經濟合理。在下網運行方式下，停運了升壓站主升壓變，避免了大容量變壓器的空載、輕載運行方式，降低了損耗，提高了效率。

（2）提高了計量裝置的準確度，有利于市場交易的公平性。改進后，計量裝置不再受靈敏度的限制，下網小負荷由10KV中壓配網供給，其計量裝置的選配與實際用電負荷更匹配，準確性大幅度提高，促進市場交易的公平性。

2.2 弊端

需要增大一次性投資：為了使上下網分離運行，需要在公共配網上引入一條10kV中壓配網的電源，增加了線路、開關等設備。運行方式要求較高：為保證運行安全，應要求上下網用電（或發電）設備的分離。

3 技術經濟比較

3.1 改進增加的投資

如按上述措施予以改進，需要增加一路10kV中壓配電電源，包括高壓配電屏、配電線路、廠用變（增加或替換一臺10/0.38kV的廠用變，即將6/0.38kV的廠用變替換為10/0.38kV）。

假設其檢修停發期間的檢修及日常用電負荷為500kVA，線路為1～4km（山區地形）。此時增加的投資為：一臺10kV高壓開關、1～4km10kV線路（山區地形），一臺500kVA（10/0.38kV）變壓器。按2012年電力工程預算標準計算，其增加投資為：21×1+6.8+2.3=30.1萬元；21×4+6.8+2.3=93.1萬元。在大約30.1～93.1萬元之間。如只是替換廠用變，投資中應減去廠用變部分，大約為：23.3～86.3萬元之間。

3.2 改進后產生的收益

3.2.1 變壓器高損耗帶來的損失

（1）替換廠用變：由于廠用變不論是否發電，常年處于運行狀態，其變損情況基本不變。

某水電站升壓站主變壓器選型為：S11-50000kVA/220kV，。假定每年有180d停發，則有：

有功損耗=有功空載損耗×24×變壓器運行天數+負荷波動損耗系數×負載系數的平方×有功負載損耗×24×變壓器運行天數）。忽略負載損耗則：有功損耗≈有功空載損耗×24×變壓器運行天數=35.2kW×24×180=152064kWh。

（2）增加廠用變：此情況通常為升壓變壓器和廠用變輪流停運。此時可應考慮停運升壓變壓器節省的變損和新增廠用變運行時的變損。二者之差為總節省的變損。有功損耗=有功損耗1-有功損耗2

按新增廠用變選型為S11-500/10為準計算：有功損耗2=有功空載損耗2×24×變壓器運行天數+負荷波動損耗系數×負載系數的平方×有功負載損耗×24×變壓器運行天數）。設定負載系數平均值為0.4則：有功損耗2=有功空載損耗×24×變壓器運行天數+負荷波動損耗系數×負載系數的平方×有功負載損耗×24×變壓器運行天數）=0.68kW×24×180+1.05×0.42×5.41×24×180=6864kWh。

有功損耗=有功損耗1-有功損耗2=145200kWh。

以0.6元/kWh的電價計算，每年節省的變壓器損耗經濟效益為：145200×0.6=87120或152064×0.6=81238元。

3.2.2 計量靈敏度低，計量誤差造成的少計量損失（供電企業）

按水電站停發期間的平均用電負荷計算，取其負載系數為0.4，則：平均功率=500×0.4=200kW，年均用電量=200*24*180=864000kWh。

某水電站關口計量點配置的計量裝置為：電壓互感器為220/0.1kV，準確度0.2；電流互感器為600/1A，準確0.2S；電能表為3×57.7/100V、3×1.5（6）A，準確度0.5S。此套計量裝置所計的額定負荷=220×600×5=660000kW，而實際負荷僅為500kW。二者有數量等級之差別。

其計量裝置運行狀態分析：

500kW在6kV側的電流：

I低=P/U/√3=500/6/√3=48.11A

折算到220kV側的電流（即電流互感器一次側電流）：

I高=I低/k=48.11/（220/6）=1.31A

占電流互感器額定電流的比值：kl=1.31/600=0.00218，

即0.218%。

電流互感器二次側電流（即流經電能表的電流）：

I表=1.31/600=0.00218A

占電能表標定電流的比值：0.00218/1.5=0.00146，即0.146%。

按電流互感器、電能表的檢定規程規定，其計量誤差限值在1%額定電流以下時已無誤差要求。根據二者的誤差負載曲線，可以判定在此超輕載情況下，計量誤差嚴重偏負，造成少計電量，影響了發電、供電、用電之間的公平交易。

上圖為測量用電流互感器及電能表誤差負載曲線圖。根據上述情況，可判定其實際負載誤差工作點時，計量裝置誤差偏差很大。取值其值為-21%，可計算出少計電量為：

△W=W0×21%=864000×0.21=181440kWh

以0.6元/kWh的電價計算，每年因計量誤差少計收的電費為：181440×0.6=108864元。

3.2.3 總收益（如圖1）

總經濟效益（替換廠用變）=108864+87120=195984元，或總經濟效益（新增廠用變）=108864+81238=190102元

3 投資收益對比

（1）如果10kV中壓配網引接電源距離近，在1公里左右時，其投資大約在23.3～30.1萬元，按每年19萬元的增加收益，在兩年內能收到純效益。

（2）如果10kV中壓配網引接電源距離近，在4km左右時，其投資大約在86.3～93.1萬元，按每年19萬元的增加收益，在五年內能收到純效益。

4 結論

經創造性的改進，將其上網與下網分離成單獨運行的模式，對運行安全的影響不大，而能產生明顯的經濟效益，有利于提高計量精度，有利于節約能源，增加能效。經過投資收益比較，能在二至五年內產生純收益。因此，此套改進方案值得推廣。

參考文獻

[1]電能計量.

[2]測量用電流互感器.

[3]電能表檢定規程.

[4]電能計量裝置技術管理規程.

[5]電力工程概預算.