解析小水電並網引起並網線路功率損失增大原因

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小水電的並網在一定程度上緩解了大電網電力供應的不足，同時因發電上網的不合理性，加大了並網線路的電力損失。特別是目標管理責任到人後，由此引起的矛盾，一直困擾著管理人員。怎樣解決這一難題，我們進行了多年的探索。

1   損失加大的原因

通過觀察現場表計，發現並網後發電機的有功表計和系統的無功表計飛速轉動，而發電機的無功和系統的有功表計基本不轉或轉動很慢。這說明並網後發電機發出的全是有功功率，發電機的運行狀態屬“欠勵磁”狀態，其定子線圈的電流Is在相位上比電壓U超前90°，這時發電機向電網上輸出的是容性無功功率，也就是說發電機向電網中吸取感性無功功率。由於電網負荷主要是感性負荷，因而這種運行狀態就加重了電網的無功負擔；由於發電機向電網吸收的感性無功，且在電網與發電機間進行交換，在交換過程中就形成了大量的有功損耗。

2   小水電單獨對負荷區供電與並網運行的區別

2.1   小水電電網單獨對負荷區供電

當用戶感性負荷增加時發電機內部氣隙磁場減弱，輸出電壓急速下降甚至瓦解。這時需要加大勵磁電流來穩定電壓，如果沒有自動勵磁調節系統，則值班人員根據負荷增加情況及時調節勵磁電流，以保持電壓穩定和足夠的功率輸出。

2.2   小水電與大電網並網

由於大電網對於小水電來說相當於一個無限大的電網，發電機端電壓基本不變，用戶的感性負荷對於一個相當大容量的電網來說基本無影響，更不影響其發電機的輸出電壓（因大電網電壓起作用），這時不需要加大發電機的勵磁電流，則可達到滿發有功的目的。同時，又從網上吸收大量無功功率，因而使並網線路功率因數降低（據觀察可降至0.2左右），造成有功損失增大。

2.3   引起小水電並網不發無功的原因

2.3.1   最主要的是發電機的勵磁措施不到位。據了解，有些發電機雖有比較先進的自動勵磁裝置，但值班人員有意關掉該系統，而啟用手動勵磁裝置，使勵磁電流減小。這種狀態當發電機滿負荷輸出有功功率時必然為“欠勵磁”運行狀態，而“欠勵磁”狀態時發電機只能向電網吸收感性無功。

2.3.2   小水電大部分發電機只有手動勵磁功能，這樣，當值班人員在啟動發電機時，只有手動調節甚至不調節勵磁電流，單靠起始很小的建立空載電壓的電流，使發電機的空載電壓、頻率和大電網參數一致時合閘並網，並網後則加大水輪機導水葉的開啟角度，使其滿載輸出有功功率，並沒有根據輸出有功大小相應調節無功輸出的比例，即沒有按功率因數保持在0.8左右的比例並網運行。

2.3.3   大電網對小水電難以實現有效的技術管理和人為因素並存。由以上分析可知：值班人員很容易不按要求就並網滿負荷發電，大電網對小水電上網管理沒有有效的制約手段和措施。另外，值班人員錯誤認為向電網發無功必然影響有功輸出，有意將勵磁電流調至最小，造成發電機在“欠勵磁”狀態下運行，加重大電網中的無功負擔，造成不應有的有功損耗。根據發電機內部磁勢的合成機理，當勵磁電流增加後，發電機的空載電動勢增大，由於電網電壓不變，所以在發電機定子繞組中出現了電壓差，這個電壓差將在發電機定子繞組內產生電流Is，Is在相位上比電壓差滯後90°，這種運行狀態屬發電機的“過勵磁”狀態，即認為發電機向電網輸出了感性無功功率，這是我們希望的運行狀態。但無功電量的輸出，只是一種能量交換的模式，它並不消耗水輪機的輸入功率，所以原則上增大勵磁電流不會影響發電機的有功輸出。有功輸出能力只與輸入功率大小有關，即與水輪發電機導水葉開啟角度的大小有關。所以應及時調節勵磁電流，使其有功、無功比例在合理範圍內並網運行。

3   解決的辦法

發電機的勵磁電流應根據輸出有功功率的增加而相應調節（即在合理範圍內並網發電），現有的制度和措施已不能有效控制人為造成發電機的不合理運行狀態，惟一有效辦法是運用當前先進的科技手段自動檢測，即按功率因數在0.8左右的數值設定，控制高壓斷路器與大電網的自動投切。若超過該範圍，由設備檢測後指令斷路器解列與電網分離。由於負荷的功率因數在不斷地變化，則要求檢測設備應有1~5 min的延時功能，即檢測某個時刻功率因數超過設定值時，發電機可在1~5 min內自動解列，這時迫使小水電值班人員迅速關機。

檢測設備的功率因數解列延時是動態模式，如運行狀態在一定時間範圍內符合要求或不符合要求都沒有解列指令，解列後再次投入則是靜態模式，每次解列都要經過固定的延時，方可使斷路器重新合閘，以保障小水電的正常並網發電。

4   檢測控制設備的安裝地點及接線

安裝位置應選在並網計量點的前一基桿或後一基桿上，以並網側無大電網用戶負荷為準。接線應以發電側為電源側，電網側為負荷側，確保檢測出的功率因數為發電機發出的準確數值。檢測功率因數（設定範圍為0.7~0.85）超過設置1~5 min時，斷路器應可靠跳閘使發電機解列。

在高壓斷路器的選擇上應考慮使用戶外真空斷路器，以保證各小水電電網切除負荷電流的需要。為了穩妥，各地在運用斷路器自動檢測控制設備時，可先安裝一臺小水電並網設備。如果理想，再對各水電站全部安裝並網設備，實現全方位控制。

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增加投資可解決技術問題.