浅析小水电站地区提高电压质量的措施

【摘 要】 太白县水力资源丰富，并网小水电较多，发电负荷较大，本文通过对我公司供电区域内小水电并网运行情况进行调查分析，从小水电站并网对电网电压质量的影响进行分析阐述，并提出了解决的对策。

【关键词】小水电站；并网运行；电压质量；解决措施

太白县地处秦岭腹地，水力资源丰富，沿石头河、胥水河、太白河等5条主干河流共建成水电站18座，总装机容量18.4MW，为节约投资成本，水电站采用就近通过10kV线路并网运行。水电是一种可再生的清洁能源，国家对水电的开发实行鼓励政策，小水电上网也为供电公司带来效益， 但由于水电站单机容量小、地域分散、难以监测控制，且受气候、季节影响很大，小水电并网运行，对配电网的安全运行具有不利影响，最突出的问题是小水电并网地区电压质量不合格。本文通过对我公司供电区域内小水电站并网运行情况进行调查，针对电压质量不合格这个突出问题进行分析，并提出相关解决措施。

1 造成小水电地区电压质量不合格的主要原因

1.1 水电站并网引起区域性10 kV线路负荷倒送

10kV线路往往是首端线径粗，末端线径细，而山区10kV线路一般线路长，供电半径大，线径小，负荷小，小水电一般接入10kV线路的末端。当枯水期时，线路能保证末端供电需求，当丰水期时，小水电发出的电能无法就地进行平衡，潮流发生变化，首末倒置，从而导致大量发电电能倒供，造成线路电压升高，甚至超越最高限额的问题。

1.2 水电站并网大负荷电流对线路的冲击影响

水电并网运行时，负载相对稳定，大负荷的冲击电流由电网承担，水电站只能服从于电网输送一定的电能。上网操作时，并网点在水电站，并网点前端有网上送来的电压高于发电机额定电压时，为了达到同步，则发电机电压也要跟着升高，人为地增加了发电机空载励磁电流。机组满载运行时，若网上整个负载降低（平、谷时段），则电网电压、频率增高，机端电压跟着升高，如不增加励磁，就要欠发无功。如果要强制降压，虽然暂时取得一定成果，可是过后不久就会出现反弹。

1.3 水电站并网电压对线路电压的影响

由于水电站一般采用提高发电机端电压来弥补线路上的电压降的运行方式，为了保证小水电站送到变电站末端的电压符合要求，其首端电压必须要高。一般小水电站的升压变压器的变压比选0.4 /（11±5%） kV，即首端电压为11 kV，有些可能更高 （11+5%） kV。根据电压降公式U = （PR + QX）/Ue，水电站到T接点的距离短，R、X小，U就小，T接线路的电压较高，其周边村庄低压用户的电压往往会超过其额定电压的10%。尤其在丰水期，水电站满发时，10 kV母线电压高达11.7 kV，部分配变台区客户家中电压高达265V，导致灯泡、用电器被烧毁。在枯水季节，雨水较少，径流式水电站大都出力少，接在线路上电站发电机组发出的功率一般少于线路上用电负荷，10kV母线电压又处于9.5 kV的水平，因此形成在丰水期系统电压偏高，超过电压允许偏差，不符合《电力系统电压质量和无功管理办法》的要求。

2 提高电压质量的措施

2.1 加大10kV线路的导线线径

通过对并网点电压偏高的原因分析可知，由电压降计算公式U =（ PR + QX） / Ue可以看出，加大并网线路导线截面，降低电能传输导线的电阻和电抗，可以在一定程度上减少电能传输过程中的电压降，因此，提高并网线路导线截面，能够解决部分电压过高问题，减少线路损失，提高经济效益。

2.2 改就地并网为专线并网

架设水电站至变电站的并网专线，直接送到变电站进行重新分配后输出，沿线不接客户用电，可杜绝客户端电压过高的问题。也可采用集中变电站的方式，即在水电站较集中的地方，建设简易变电站，把小水电站输出的电能全部送到变电站进行平衡，再由变电通过10 kV线路供给用电客户，使客户受电电压符合要求。

2.3 增加分接开关

对于有水电站上网的变电站，在主变压器选择时，在选有载调压档位数时，增加分接开关即增加变压器分接开关档位，扩大调压范围。如35kV变压器有载调压标准档位为35kV±3×2.5%，可以在设计时选用非标档位35kV±5×2.5%。这样调节范围宽一些，丰水期调至低档位，枯水期调至高档位，确保10kV线路电压在合格范围内。

2.4 定制特殊变压器

在新建和技改过程，对小水电地区选择配电变压器时，根据电网电压变化幅度，进行计算分析，定制特殊变压器，以满足特殊需要。

根据变压器调压的原理：K =U1/U2 ≈E1/E2 =N1/N2 =I2/I1

K是变压器的变比，或称匝数比，设计时选择适当的变比就可以实现把一次侧电压变为需要的二次电压。

首先我们通过对小水电地区选择典型日期（即丰水期和枯水期）24小时进行电压检测统计，通过统计结果分析，调压范围应在：10kV--12 kV之间。

通过对电网电压即电气运行参数分析计算，在保持发电机端电压400±5%不变，利用变压器高压绕组抽头和分接开关来改变高低压侧电压有效值，增大电压的调整范围。将变压器原来的三个调压位置增设为五个，调压范围：10 ---12kV，实现二次侧输出电压合格。

根据公式K =U1/U2 =N1/N2 ，计算变压器一、二次侧电压及匝数比为（U2=0.4KV， N2=45）：

KⅠ= 12.0/0.4=30.00 NⅠ= 30.00×N2=1350

KⅡ=11.5/0.4=28.75 NⅡ=28.75×N2=1294

KⅢ=11.0/0.4=27.50 NⅢ=27. 50×N2=1238

KⅣ=10.5/0.4=26.25 NⅣ=26.25×N2=1181

KⅤ=10.0/0.4=25.00 NⅤ=25.00×N2=1125

2.5 加强管理，科学调度

由电压降计算公式U =（ PR + QX） / Ue可得出电压降一部分是由有功功率在电阻上引起的电压降，另一部分是无功功率在电抗上引起的电压降，适当降低无功功率传输，将有利于减小电压降，因此电网调度部门应根据实际情况适当调整小水电站功率因数考核标准，使无功功率就地平衡，避免大量的无功功率作远距离传输，以减少损失、提高电压质量。

3 结论

综上所述，由于小水电并网运行将引起10kV配网线路电压质量不合格，因此不仅要加大对小水电的调度管理，而且要在小水电地区新建或技改设计时，对线路、要充分考虑小水电并网运行对电网的影响，增加变压器分接档位，定制特殊变压器等以确保客户端电压合格，进一步提高小水电地区电压质量。

参考文献：

[1]陕西省小水电（网）与大电网并联运行若干问题的规定.1983.

[2]胡东元.10kV发供合一线路存在的问题分析及对策[J].农村电工，2011（06）.

[3]林梓先.小水电上网地区电压调整与管理[J].广东输电与变电技术，2008（01）.