小型水电站无功补偿的探索

摘要： 通过对我国目前普遍存在的小型水电站无功不足的问题进行探索，找出问题的原因，提出几种解决方案，并对改进的效果进行了分析。

Abstract： The paper analyzes the problems of insufficient reactive power in small hydropower station in our country at present， tries to find out the reasons， puts forward several solutions， and analyzes improved effect.

关键词： 无功功率；小型水电站；效益

Key words： reactive power；small hydropower station；benefits

中图分类号：TV742 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）26-0077-02

0 引言

在我国，除了有国家投资新建的大型水电站之外，近几年来，由社会力量建起了不少的小型水电站，这部分小型水电站所发出的电能一般都是通过供电公司的配电网络或分支线接入终端变电所，从某种意义上来说，对于缓解供电企业电力不足的问题是有一定积极作用的。同时，由于小型水电站的投资方多为私人投资，在企业的运营管理都是以效益最大化作为基本出发点，因此在发电时这些并网发电的小型水电机组基本上发出的都是有功功率，无功功率发出的很少或者基本不发，发电机组要想维持运行，只能从电网中获得感性无功功率，从而导致并网线路功率因数的下降，本身发电机也长期运行在“欠励磁”状态。以上这些方面，都是造成供电企业经济损失的原因。本文通过对上述存在问题的分析，找出小型水电站发电无功不足的原因，进而提出改进的措施。

1 原因分析

通过对部分小型水电站的实地考察，对于小型水电机组欠发无功，造成线路损耗加大的原因进行了总结，主要有以下两个方面的原因：

1.1 设备因素 ①无功功率与无功负荷不平衡。电源所提供的无功功率和无功负荷是否平衡，决定了各用电设备的端电压是否能够维持正常水平，各电气设备是否能运行在最佳状态。当电力系统中的无功功率过大，会导致用电设备端电压上升，反之如果无功功率过小，会导致用电设备端电压过大。

②线路设置不合理。由于小型水电站往往处于偏远地区，因此存在上网线路半径较大，用户用电负荷变化大，电压等级相对来说比较低，电力传输导线粗细选择不合理等问题。

通过对同步发电机的电动势原理进行分析，可以得出这样一个结论，在电网电压基本稳定的情况下，输电线路的阻抗会改变发电机输出电流的大小，阻抗越大，输出电流就越小，而减小的部分主要是无功电流分量。从这个角度来看，线路的设置是否合理直接影响了发电机向电网输送的无功功率。

③发电机的励磁装置调整不当。励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。励磁装置中，可以通过励磁装置的调节，来改变发电机的励磁电流，以实现并网发电机组无功功率的合理分配，如果调节不当，就会导致无功功率分配不合理。

1.2 管理因素 ①目前我国大部分供电企业并没有对小型水电站发电上网的功率因数进行相关的规定，但是国家在收购上网电能时，是按照功率因数为0.8进行计算的。对于很多的小型水电站来说，效益仍然是摆在第一位的，在发电时都是以发有功为主，无功尽可能的少发，或者不发，从而造成无功不足。②管理人员在平时水电站的正常运行中，并没有按照国家收购上网电能的要求，也就是功率因数为0.8左右来并网运行。尤其是体现在励磁系统的装置调节当中，目前我国大部分的水电站仍然使用的是手动励磁装置，在这种情况下，必然会造成有功和无功的比例失调。③有功功率进行传送，需要送电端和受电端之间存在相位差，这在相当宽的范围内可以实现，但是为了输送无功功率，则要求两端要有一定的电压幅值差，这只能在很窄的范围内实现，很明显，这些无功功率如果都要发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的，因此要求管理人员在调节励磁装置时考虑上述因素，适当增大无功功率。

2 改进措施

2.1 提高变压器的电压值 我们知道，变压器的变压比决定了变压器输出电压的大小和范围，通过改变变压器的匝数比，可以升高变压器低压侧的输出电压，并且可以利用变压器分接开关，增大变压器的电压调整范围，升高上网电压，来对上网的无功电量进行补偿。采用这种改进方法，要求水电站在新建或者是升级改造时对主变压器进行分析计算，能够得出合理的变压器参数，最后再进行采购。这种改进方法的好处是投资可以一步到位，减少反复投资的可能性。

2.2 对输电线路进行升级 输电线路经过长时间的运行，不可避免的会出现老化现象，同时由于以前线路设计时可能参数不合理，都有可能导致线路阻抗过大，影响发电机的功率输出。因此，对陈旧的线路进行改造，增大输送线路的导线截面积，都可以降低输送线路的阻抗，减小线路传输损耗，有利于发电机的功率输出。

2.3 改造变压器 前面提到，目前很多的小型水电站都采用降压变压器替代升压变压器来进行工作。在资金充裕的情况下，可以考虑更换升压变压器；在资金有限的情况下，可以考虑对现有的变压器进行升级改造，增加线圈绕组匝数，以此改善水电站的无功输出。

2.4 增大励磁电流 发电机输出的功率可以根据外界负载的大小自动进行调节或者手动进行调节，而调节的手段就是控制励磁电流的大小，使输出电压始终稳定在额定电压下，励磁控制质量的好坏直接影响到供电质量的好坏。这种方法应该是最为有效的一种方法，但是对于农村偏远、上网条件较差的小型水电站，由于夜间电网电压基本上处于一个过高的状态，增大励磁电流不仅不能满足无功输出的要求，反而会影响发电机的绝缘和使用寿命，因此在使用时应该加以注意。

2.5 增设电力电容无功补偿装置 电网中常用的无功补偿方式包括：①集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；②分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；③单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。

加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

2.6 对功率因数实时监测 在水电站加装可以对功率因数实时监测的计量箱，用于保证小型水电站在发电时必须随时输出一定的无功电能。具备这种功能的计量箱一般可由单片机和传感器组成。传感器主要用来检测小型水电站在发电时的有功功率和无功功率的大小，单片机主要是用来处理传感器所采集的实时数据，并根据实时功率因数的大小发出控制信号，用来控制发电机上网发电。通过这种方式，可以实现小型水电站上网发电的最优化，并大大减轻了值班人员的工作量。

3 预期效益

通过以上改进方案，可以有效的解决小型水电站无功不足的相关问题，对于小型水电站本身来说，改善了自身发电系统的功率因数，符合国家的相关规定，既保证了上网电能的质量，同时也可避免由于少发无功功率而受到相关电力部门带来的经济处罚。小型水电站可以根据自身的经济条件适当的控制改造成本，形成最好的效益比，合理制定改造方案，可以在最短的时间内收回成本，增加水电经济的收入，同时也为企业本身带来了可观的经济效益。

此外，水电站作为一种无污染的绿色清洁型能源，极大的缓解了我国用电不足的难题，如果能够提高电力系统的供电质量，为用户提高更加稳定、可靠地电能，对于国家提倡的构建节约、和谐、生态、环保型社会将做出巨大的贡献。

参考文献：

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