小水电系统无功问题分析及解决方案

小水电系统无功问题分析及解决方案
崔晨耕
【摘要】文章首先提出了目前小水电的广泛应用带来的无功问题,然后从几个方面分析了无功不足的主要原因,总结出小水电无功不足的解决方法,提高了系统的可靠性.%The article puts the problem of reactive power up with the wide use of small hydropower stations, and analyzes the causes of reactive power from several aspects, summarizes the resolutions and improves the reliability of the system.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2012(031)026
【总页数】2页(P41-42)
【关键词】小水电;无功不足;解决方法
【作者】崔晨耕
【作者单位】西安航空职业技术学院,西安710089
【正文语种】中文
【中图分类】TV7
0 引言
随着能源危机的增大和环保意识的增强，在广大的农村地区，尤其是偏远地区，人们开始广泛关注小水电站的开发与利用。

但是，由于小水电大多分布在输电距离远
的山区，导线截面小，导致系统无功功率流向不合理等问题；盲目的加大端电压运行就会使得电网产生没有实际用途的功率耗散，因为它将不利于水轮发电，在水电站机组不发无功的情况下，大大的减缓了电网功率因数运行，由此就增加了电网整体的损耗；广泛的电网无功缺乏是电网稳定性比较差的主要因素。

1 无功不足的原因分析
1.1 小水电无功不足受上网电压影响小水电站的分布都是远离城郊的，这样的电站由于通常都是上网电压不稳定造成小水电的无功上网电量不足。

因为这些地处偏远的小电站，上网线路半经大，用电负荷不稳定，加之其上网电压通常处在较低的10kv电压等级，但是后夜电压却高于11kv，电力变压器的低压侧电压在0.45kv 左右。

1.2 线路参数不合适发动机发不发无功主要一方面还要看小水电选择的线路参数是不是符合相关的要求。

因为小水电一般情况下都是采用10kV配电线路入网的，这样的入网方式就是线路较长、电压等级过低、导线截面不大等相关的不利因素。

同步发电机的空载电动势的公式表达：E0=UN+IZN
式中：
E0为发电机的空载电势（V或kV）；
I为发电机输出电流（A）；
UN为电网额定电压（V或kV）；
ZN为输电线路额定阻抗（Ω）。

根据公式，电网电压能够被认为是稳定不变的，发电机的空载电势是恒定的。

上面的公式表明：导线阻抗和发电机输出电流是成反比的，当阻抗越大的时候电流就越小；电网中由发电机输送的无功功率减小。

1.3 升压变压器选择不当小水电主的变压器要是没有得到合适的配置，它就会影响到无功的输出。

购置的时候受诸多因素影响不能找到合适的升压变压器的时候通
常情况下是使用降压变压器来代替。

但是这样一来的话为了确保适宜的电压就会使得降压变压器被当作升压变压器使用，因为输电线路较长其降压比较大，而且线路实际运行的电压一般都会高出0.5KV以确保10kV供电区的每条线路末端电压达
到要求。

在这种情况下，升压变压器端电压就会升高，影响到发电机端电压也升高，导致发电机的功率因数升高，最终结果就是功率因数的上升，阻碍了无功的输出。

原因就在于升压变压器要维持大电网潮流电压的同时克服线路压降△U，此时并网
小水电的升压变压器的高压侧端电压一般情况下是会高于运行电压10.5kV水平，由此造成并网发电只有在发电机的端电压升高约额定电压的约1.1-1.15倍的情况
下进行。

1.4 发电机的励磁系统容量不足运行时发电机的励磁系统容量过小的话，并网机
组的负担就会加重，随着端电压升高达到1.05倍的电网电压就会使得定子铁芯饱和，因此在在电枢作用下就需要较大的励磁电流，然而励磁电流持续虽然增加在增加了无功出力和机端电压，但是也由于严重的发热阻碍励磁调节，导致无功输出受阻。

2 小水电无功不足的解决方法
2.1 整改线路或在较近处并网为了使得发电机的运行电压达到要求，确保发电机
的出力的稳定性，可以使用截面大一点的导线，就近并网可以避免并网线路的一些相关限制。

2.2 调换或改造现行的升压变压器要避免小水电欠发无功这样的情况，小水电站
要尽量的采用普通降压变压器能够避免使用升压变压器造成的一系列问题，尽可能的调换1台满足需要的升压变压器。

为了能够使得此变压器运行过程中降低低压
侧电压，可以创造条件采取非标生产加工或者改造当前的变压器，在铁芯能承受的范围内和再原绕组的10%为限定的情况下，增多变压器绕组匝数，然后改接三档
的抽头以符合相关要求。

2.3 改善发电机的励磁系统，增加无功功率促使发电机发出额定的无功功率，可
以采取措施主要是要能够调节和改善发电机的励磁系统，主要的措施为：首先，加大发电机的励磁电流使发电机获得足够的励磁电流。

其次是增加励磁系统的容量或者优化配置自动励磁装置。

并网发电机在有功功率确定的时候，电网电压稳定性好，励磁电流加大之后就能增加发电机磁通，这样一来，电枢绕组的电流则会跟不上电势，与此同时产生电枢反应，这样就导致发电机即发出感性无功功率；其次是改善励磁条件。

改善上网电量和供电质量主要是能够改善励磁条件，增大励磁电流，励磁控制质量关系到上网电量质量和电力系统的供电质量的好坏。

然而这样的措施无法适用于小水电，特别是处在郊区之外的农村偏远地区。

这些地区的小水电站上网常常受到局限，在电网电压夜间增加的情况下，增大励磁电流是受到约束的，即便是超出增大励磁电流发电机额定值范围，部分电站也不能无功上网，长久的超出发电机额定电压值运行减弱了发电机绝缘的功能和减少了其无障碍工作时间。

2.4 安装并联电容器，进行无功补偿小水电以0.4kV的低压发电机组为主，在小
水电站的低压母线上按照补偿标准的功率因数保持0.85以下进行无功补偿。

尽可
能的减少损耗，将其损耗范围控制在小水电送出总的有功功率只是在较高功率因数的这个情况下。

2.5 安排适当的调相机组对处在电网末端和靠近负荷中心的小水电站安装容量50%左右的专用调相机组，在方便了用户的同时还大大的减少了电网的损耗并促使电网末端电压上升。

2.6 小水电安装带无功补偿控制箱的计量箱安装计量箱主要是维持上网期间功率
因数的稳定性，确保合理计量各小水电在其上网期间功率因数小于0.85的时候的
电量；而计量箱在水电站功率因数不小于0.85的情况下停止计量上网电量。

也就
是说为了使得小水电发电能够顺利进行就要对上网时的小水电站实时的输出相关的无功电能。

3 电网电压参数统计分析
通过对电网电压变化幅度分析，并随机抽查电压变化幅度大的夏、冬季目一天的电网电气参数统计计算分析见表1。

表1 电网典型电压统计分析
夏季凌晨1-5点时段10kv电网电压12.1kv经降压变压器降压后低压侧电压为
0.48kv；5-9点时段10kv电网电压11.6kv经降压变压器降压后低压侧电压为
0.46kv；9-18点时段10kv电网电压11kv经降压变压器降压后低压侧电压为
0.44kv；18-24点时段11kv电网电压经降压变压器降压后低压侧电压为0.44kv；网络电压过高无功上网受限制。

表2 变压器设计参数计算一次侧二次侧开关位置电压（kv）（kA）匝数开关位置电流电压（kv）电流（kA）匝数ⅠⅡⅢⅣⅤ12.1 11.6 11.0 10.5 9.9 7.6 8.0 8.4 8.8 9.3 1362 1300 1238 1177 1115ⅠⅡⅢⅣⅤ0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 231 231 231 231 231 45 45 45 45 45
根据计算电压值表的数据显示，在电网电压高出正常范围的时候，充分的使用好变压器分接开关调节电压比以达到水电站无功上网的目的。

4 总结
当下的小水电的广泛应用很大程度上减弱了系统运行的稳定性。

本文就小水电无功不足的原因做出解析，提出小水电无功不足的解决办法和维持系统运行的稳定可靠的措施。

小水电站的建设要不断的提高电力系统供电的质量，确保电力网络运行的稳定性、有效性，保证小水电站无功上网电量的供应。

促进电网功率因数的改善，尽可能的减少电网电能的损失，促进电气设备运行效率的提高。

这些都促进资源节约型环境友好型社会的建立，促进社会和谐。

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