解析小水電并網(wǎng)引起并網(wǎng)線(xiàn)路功率損失增大原因

小水電的并網(wǎng)在一定程度上緩解了大電網(wǎng)電力供應的不足，同時(shí)因發(fā)電上網(wǎng)的不合理性，加大了并網(wǎng)線(xiàn)路的電力損失。特別是目標管理責任到人后，由此引起的矛盾，一直困擾著(zhù)管理人員。怎樣解決這一難題，我們進(jìn)行了多年的探索。

1   損失加大的原因

通過(guò)觀(guān)察現場(chǎng)表計，發(fā)現并網(wǎng)后發(fā)電機的有功表計和系統的無(wú)功表計飛速轉動(dòng)，而發(fā)電機的無(wú)功和系統的有功表計基本不轉或轉動(dòng)很慢。這說(shuō)明并網(wǎng)后發(fā)電機發(fā)出的全是有功功率，發(fā)電機的運行狀態(tài)屬“欠勵磁”狀態(tài)，其定子線(xiàn)圈的電流Is在相位上比電壓U超前90°，這時(shí)發(fā)電機向電網(wǎng)上輸出的是容性無(wú)功功率，也就是說(shuō)發(fā)電機向電網(wǎng)中吸取感性無(wú)功功率。由于電網(wǎng)負荷主要是感性負荷，因而這種運行狀態(tài)就加重了電網(wǎng)的無(wú)功負擔；由于發(fā)電機向電網(wǎng)吸收的感性無(wú)功，且在電網(wǎng)與發(fā)電機間進(jìn)行交換，在交換過(guò)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并網(wǎng)運行的區別

2.1   小水電電網(wǎng)單獨對負荷區供電

當用戶(hù)感性負荷增加時(shí)發(fā)電機內部氣隙磁場(chǎng)減弱，輸出電壓急速下降甚至瓦解。這時(shí)需要加大勵磁電流來(lái)穩定電壓，如果沒(méi)有自動(dòng)勵磁調節系統，則值班人員根據負荷增加情況及時(shí)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(wǎng)并網(wǎng)

由于大電網(wǎng)對于小水電來(lái)說(shuō)相當于一個(gè)無(wú)限大的電網(wǎng)，發(fā)電機端電壓基本不變，用戶(hù)的感性負荷對于一個(gè)相當大容量的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)基本無(wú)影響，更不影響其發(fā)電機的輸出電壓（因大電網(wǎng)電壓起作用），這時(shí)不需要加大發(fā)電機的勵磁電流，則可達到滿(mǎn)發(fā)有功的目的。同時(shí)，又從網(wǎng)上吸收大量無(wú)功功率，因而使并網(wǎng)線(xiàn)路功率因數降低（據觀(guān)察可降至0.2左右），造成有功損失增大。

2.3   引起小水電并網(wǎng)不發(fā)無(wú)功的原因

2.3.1   最主要的是發(fā)電機的勵磁措施不到位。據了解，有些發(fā)電機雖有比較先進(jìn)的自動(dòng)勵磁裝置，但值班人員有意關(guān)掉該系統，而啟用手動(dòng)勵磁裝置，使勵磁電流減小。這種狀態(tài)當發(fā)電機滿(mǎn)負荷輸出有功功率時(shí)必然為“欠勵磁”運行狀態(tài)，而“欠勵磁”狀態(tài)時(shí)發(fā)電機只能向電網(wǎng)吸收感性無(wú)功。

2.3.2   小水電大部分發(fā)電機只有手動(dòng)勵磁功能，這樣，當值班人員在啟動(dòng)發(fā)電機時(shí)，只有手動(dòng)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(fā)電機的空載電壓、頻率和大電網(wǎng)參數一致時(shí)合閘并網(wǎng)，并網(wǎng)后則加大水輪機導水葉的開(kāi)啟角度，使其滿(mǎn)載輸出有功功率，并沒(méi)有根據輸出有功大小相應調節無(wú)功輸出的比例，即沒(méi)有按功率因數保持在0.8左右的比例并網(wǎng)運行。

2.3.3   大電網(wǎng)對小水電難以實(shí)現有效的技術(shù)管理和人為因素并存。由以上分析可知：值班人員很容易不按要求就并網(wǎng)滿(mǎn)負荷發(fā)電，大電網(wǎng)對小水電上網(wǎng)管理沒(méi)有有效的制約手段和措施。另外，值班人員錯誤認為向電網(wǎng)發(fā)無(wú)功必然影響有功輸出，有意將勵磁電流調至最小，造成發(fā)電機在“欠勵磁”狀態(tài)下運行，加重大電網(wǎng)中的無(wú)功負擔，造成不應有的有功損耗。根據發(fā)電機內部磁勢的合成機理，當勵磁電流增加后，發(fā)電機的空載電動(dòng)勢增大，由于電網(wǎng)電壓不變，所以在發(fā)電機定子繞組中出現了電壓差，這個(gè)電壓差將在發(fā)電機定子繞組內產(chǎn)生電流Is，Is在相位上比電壓差滯后90°，這種運行狀態(tài)屬發(fā)電機的“過(guò)勵磁”狀態(tài)，即認為發(fā)電機向電網(wǎng)輸出了感性無(wú)功功率，這是我們希望的運行狀態(tài)。但無(wú)功電量的輸出，只是一種能量交換的模式，它并不消耗水輪機的輸入功率，所以原則上增大勵磁電流不會(huì )影響發(fā)電機的有功輸出。有功輸出能力只與輸入功率大小有關(guān)，即與水輪發(fā)電機導水葉開(kāi)啟角度的大小有關(guān)。所以應及時(shí)調節勵磁電流，使其有功、無(wú)功比例在合理范圍內并網(wǎng)運行。

3   解決的辦法

發(fā)電機的勵磁電流應根據輸出有功功率的增加而相應調節（即在合理范圍內并網(wǎng)發(fā)電），現有的制度和措施已不能有效控制人為造成發(fā)電機的不合理運行狀態(tài)，惟一有效辦法是運用當前先進(jìn)的科技手段自動(dòng)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(wǎng)的自動(dòng)投切。若超過(guò)該范圍，由設備檢測后指令斷路器解列與電網(wǎng)分離。由于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(shí)功能，即檢測某個(gè)時(shí)刻功率因數超過(guò)設定值時(shí)，發(fā)電機可在1~5 min內自動(dòng)解列，這時(shí)迫使小水電值班人員迅速關(guān)機。

檢測設備的功率因數解列延時(shí)是動(dòng)態(tài)模式，如運行狀態(tài)在一定時(shí)間范圍內符合要求或不符合要求都沒(méi)有解列指令，解列后再次投入則是靜態(tài)模式，每次解列都要經(jīng)過(guò)固定的延時(shí)，方可使斷路器重新合閘，以保障小水電的正常并網(wǎng)發(fā)電。

4   檢測控制設備的安裝地點(diǎn)及接線(xiàn)

安裝位置應選在并網(wǎng)計量點(diǎn)的前一基桿或后一基桿上，以并網(wǎng)側無(wú)大電網(wǎng)用戶(hù)負荷為準。接線(xiàn)應以發(fā)電側為電源側，電網(wǎng)側為負荷側，確保檢測出的功率因數為發(fā)電機發(fā)出的準確數值。檢測功率因數（設定范圍為0.7~0.85）超過(guò)設置1~5 min時(shí)，斷路器應可靠跳閘使發(fā)電機解列。

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