小水电站欠发无功的原因与解决措施浅析.pdf

交流与探讨 主持人： 党 毅 GUANG XIDI AN YE 小水电站欠发无功的原因与解决措施浅析 蔡杉 ( 武鸣县电业公司， 广西武鸣县5 3 0 1 0 0 ) 摘要】 对小型水电站( 低压机组 ) 并网运行 中无功不足的原因进行 了理论分析， 并提 出了相应的解决措施。 关键词】 小水电站； 无功功率 1 小水电运行情况 目前 ， 并网运行的众多小型( 低压 ) 水电站 ， 在丰水期 ， 普 遍存在一方面发电功率因数高 ( 0 9 1 ) ， 达不到电力企业的要 求 ； 另一方面小水电线路首端电压高， 发电机母线电压高， 发电 机发不出无功， 无功上网电量少的问题。这些小水电由于无功 功率欠发而要被扣减电费收入 ，直接影响到水电站的经济效 益。在此， 对小水电站欠发无功的原因作些浅析， 并提出一些 解决 方法 。 2 并网小水电欠发无功原因 2 1 线路参数不合适 ， 致使发电机发出无功减少。 主要表 现在输电线路电压等级不高，导线截面积过小及发电机本身 的特性等。 同步发电机并网时， 其空载电势 E 为： E 0 = U x + I( R x + j X x ) ( 1 ) 式中u ： 电网电压； I 发电机输出的电流； R + j x 发电机、 变压器及输电线路的总阻抗。 由于线路阻抗约占总阻抗的 9 0 以上，略去发电机因及 变压器的阻抗， 式 ( 1) 可简化成 ： E 0 = U x + I( R L + j X L ) = U x + I Z L ( 2 ) 式中z ，输电线路阻抗。 在一定的励磁电流下， 发 电机的空载电势 E 是一定的； 而 电网电压 U 也可以认为是恒定的， 故从式 ( 2 ) 中可以看出： 如 果输电线路越长， 导线截面积越小， 亦即阻抗 z 。 越大， 则发电 机输出的电流 I 。 就越小。 若发电机原动力不变， 则电流中的有 功电流分量基本不变 ， 减小的主要是无功电流分量， 所以发电 机向电网输送的无功功率减小。另一方面， 如果线路输电容量 越大， 电流就越大 ， 需要更高的空载电势来保证 ， 这就要提高 励磁电流， 否则就会减少无功功率的输出。 2 2 电网电压过高。 电力系统中电源所供给的无功功率， 店 它 景 在任何时刻都应与系统中无功负荷( 包括输变电环节的损 耗 ) 相平衡。只有当系统向负荷提供足够的无功功率时， 各用 电设备的端电压才能维持正常水平 ，各电气设备运行在最佳 状态；当系统中无功功率供不应求时，各用电设备端电压下 降， 以减少对无功功率的需求； 当系统无功功率供大于求时 ， 各用电设备端电压上升，通过建立更强的磁场吸收过剩的无 功， 从而求得平衡。 这样， 在丰水期电网电压偏高时， 并网小水电发 电机转子 电流 ( 设与电网电压较低时一样大小 ) 与该处 电压在较低时 候相比， 以较多的来维持端电压 ， 而较少地用来发无功负荷 ， 故就呈现无功发得较少的状况。 2 3 各电站普遍使用配电变压器( 降压变压器) 做升压主 变压器。按国家标准规定， 发电机 、 变压器和用电设备的允许 电压变动范围一般为额定电压的 5 。而在电网设计中， 一般 又规定电网的电压损耗可为 1 0 ，即线路末端的电压降可达 1 0 。 小水电站在配置升压主变压器时， 由于种种原因， 选用配 电变压器作为升压主变压器。多数小水电站是通过较长线路 与大电网并联， 依靠大电网去转供电能。而大电网变电所为了 确保供电区的各条线路末端电压水平合格， 其 l O k V供电线路 常以 1 0 5 k V电压运行。小水电站使用降压变压器作为升压主 变压器 ， 这时升压变压器端电压既要与大电网潮流电压平衡， 又必须克服线路阻抗产生的压降u， 因而并网小水电的升压 变 压器 高压 侧 端 电压 u 常 常要 高于 大 电 网运 行 电压 u N 1 0 5 k V的水平， 即如式 ( 3) 所示 ： U 1 N U U = I O 5 + U ( 3 ) 其中， U值的大小取决于并网线路的导线截面积、 输电线路 长度及输送负荷的大小， 即式 ( 2 )中 I z 的值 。当导线截面积 较小，线路较长，输送容量较大时， U值可能会达到 I O 0 0 V 左右，即农村 l O k V线路允许电压降为 1 0 的幅度。这样由式 ( 3 ) 可得： u l 1 5 k V ， 即并网升压变压器高压侧端 电压将升 到 l 1 5 k V运行。当升压变压器的分接头调到最高挡 1 0 5 k V 位置时， 则按这个标准变压器低压侧的端电压为： U 4 O O x l l _ 5 l O 5 = 4 3 8 1 V。这样将出现两个问题： 一是 2 0 0 6 8 ( 总 第 7 _7 期 ) 固 维普资讯 店 审 谍 主 持 人： 党 毅 交流与探讨 GUANG XI DI AN Y E 发电机端电压将接近 4 4 0 V， 处于低压机组超额定电压运行的 极限状态， 在生产中是不能允许的， 实际上许多小水电站为节 省投资， 其输电线路的电压降超过 1 0 者甚多； 二是普通使用 降压变压器作升压用， 无法满足 1 1 5 k V的水平。 3 4 励磁装置本身的问题。 励磁装置调整的不恰当， 使发 电机外特性的调差系数不合适，从而导致并联运行的机组间 所负担的无功功率分配不合理；另外励磁电流的可调范围太 小， 是引起小水电发不足无功的又一原因， 这一条也是引起发 电机无功振荡的根本内因所在。 3 并网小水电欠发无功的解决措施 3 1 调换或改造现行的升压主变压器。为解决小水电无 功欠发问题，对水电站现行使用普通降压变压器作升压主变 压器者 ， 在条件允许情况下， 首先考虑调换一台符合要求的升 压主变压器， 必要时还可与变压器制造厂家联系， 安排非标准 生产加工，使这台变压器在某些挡位运行时能较多地降低低 压侧电压。这种办法解决问题最彻底。 其次是对现行主变压器加以改造。在铁心空间允许的情 况下 ， 可采用增加高压绕组匝数， 以原绕组匝数的 1 0 为限， 匝数增加后， 将三挡( 一 5 ， 0 ， + 5 ) 抽头按原要求进行改接。 3 2 调节发电机励磁电流， 增发无功功率。 要使发电机在 额定有功出力下能送出额定无功功率，就必须提高发电机的 励磁电流。调节和改进发电机励磁系统的性能， 使之在允许的 前提下， 使发电机获得足够的励磁电流。 如果并网发电机在有功功率一定的情况下，由于电网电 压不变， 通过增加励磁电流后， 主磁通增加。但由于发电机的 端电压因受并网电压限制不能升高，即发电机主磁通增大以 后， 电枢绕组中就要出现一个滞后于电势的电流， 并产生去磁 的电枢反应， 以抵消主磁通的增加， 使合成磁通不变， 此时的 发电机即发出感性无功功率， 从而多发无功功率。 如果系统负荷电流增加或负荷功率因数降低时，发电机 端电压降低， 此时亦可加大励磁电流， 以补偿负荷电流的去磁 作用 ， 也能使运行中的发电机多带无功负荷。 3 I 3 限制发电机中性线上的电流。对于半导体谐波整流 励磁发电机来说 ，当把发电机的中性点与星形负载中性点接 通时， 往往会有数值比较大的中性线电流通过， 而且会使发电 机运行不稳定， 甚至产生振荡； 另外滞后的中性线电流起去磁 作用 ， 将使发电机谐波励磁的磁势减小 ， 三次谐波电势下降， 造成加到励磁绕组的电压减小， 即励磁功率不足， 中性线上的 电流对发电机并列运行的影响很大，必须设法加以限制。因 此， 建议并网运行的此类发电机中性点在绝缘状态下运行， 或 是在中性线上串接电阻、 电抗， 将中性线上的电流限制在最小 数值。 4 整改并网输电线路或在较近处并网 整改并网输电线路一般不易实施，只有在线路大修或增 容时才有可能更换较大截面积的导线， 且线路长， 投资大。而 改在较近处并网较容易实施 ，在较近处并网可降低并网线路 的阻抗，降低输电线路上的电压损耗，以降低发电机运行电 压， 保证发电机应有的出力。 5 安装并联电容器， 解决欠发无功功率 利用并联电容器补偿无功， 大体方案有两种 ： 一种是在小 水电站低压母线上进行无功补偿 ；另一种是在并网计费点装 设并联电容器补偿无功。这样既保证小水电送出的总有功功 率损耗只是在较高功率因数下的损耗 ， 既体现节能 ， 又满足小 水电站总的送出功率因数符合标准。 ( 上接第 8 5页 ) 表 1 试验荷载 试验值 螺栓型号 轴向拉力 N 试验轴向拉 竖向剪力 V 试验竖向剪 试验类 r 、 、 设计值( k N) 力值( k N) 设计值( k N) 力值( k N) 锚栓拉拔试 N 2 x N V 1 2 V 验、 荷载试验 表 2 加荷顺序 测点类型 力的类型 第一级 第二级 第三级 第四级 轴向拉力N 0 5 N 1 0