小水電引起配電網(wǎng)高電壓?jiǎn)栴}的解決方案

王麗莉

（1.華北電力大學(xué)，北京 102206；2.淳安縣供電局，浙江 淳安 311700）

隨著國(guó)家對(duì)綠色能源開(kāi)發(fā)的扶持，近年來(lái)山區(qū)小水電建設(shè)力度不斷加大，小水電裝機(jī)容量增長(zhǎng)快速，部分區(qū)域存在小水電裝機(jī)容量小、布點(diǎn)密集的特點(diǎn)。小水電系統(tǒng)一般直接就近接入10 kV公用線(xiàn)路或35 kV變電所。

山區(qū)配電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力普遍較薄弱，特別是在豐水期，小水電發(fā)出的電能無(wú)法就地平衡，部分小水電密集區(qū)域的高電壓?jiǎn)栴}已嚴(yán)重影響了居民的生產(chǎn)生活用電，如近年來(lái)淳安地區(qū)已發(fā)生多起由于電壓過(guò)高引起居民電器設(shè)備燒毀的案例，須盡快解決由于小水電接入而造成配電網(wǎng)的高電壓?jiǎn)栴}。

1 高電壓的形成原因

小水電引起高電壓?jiǎn)栴}主要發(fā)生在豐水期，由于部分區(qū)域小水電開(kāi)發(fā)較為集中，總裝機(jī)容量較大，而水電資源豐富的區(qū)域一般經(jīng)濟(jì)都不發(fā)達(dá)，負(fù)荷密度小，豐水期小水電發(fā)出的電能無(wú)法就地進(jìn)行平衡，引起線(xiàn)路末端電壓升高。以淳安地區(qū)為例，主要有以下情況：

（1）小水電接入10 kV公用線(xiàn)，引起區(qū)域性10 kV線(xiàn)路負(fù)荷倒送。10 kV公用線(xiàn)往往是首端線(xiàn)徑粗，末端線(xiàn)徑細(xì)，而小水電一般接入10 kV公用線(xiàn)的末端。當(dāng)枯水期時(shí)，線(xiàn)路能保證末端供電需求，當(dāng)豐水期時(shí)，潮流發(fā)生變化，首末倒置，其末端線(xiàn)路線(xiàn)徑便成為負(fù)荷輸送瓶頸，從而導(dǎo)致高電壓。

（2）小水電總裝機(jī)容量較大時(shí)，會(huì)采取35 kV專(zhuān)線(xiàn)接入就近的35 kV變電所。當(dāng)小水電的負(fù)荷無(wú)法在本變電所供電區(qū)域就地平衡時(shí)，負(fù)荷將向上級(jí)電源倒送，從而抬高了變電所的35 kV側(cè)母線(xiàn)電壓，造成整片區(qū)域高電壓。

（3）小水電管理問(wèn)題。小水電建設(shè)時(shí)，為獲準(zhǔn)接入10 kV公用線(xiàn)，有意將報(bào)裝容量降低，而實(shí)際安裝時(shí)則提高裝機(jī)容量，而供電線(xiàn)路的接入設(shè)計(jì)余量不足，從而造成高電壓。

小水電引起高電壓?jiǎn)栴}涉及面廣，采取單一調(diào)壓手段已無(wú)法滿(mǎn)足電壓調(diào)整需求，需充分利用系統(tǒng)各級(jí)設(shè)備的調(diào)壓裕度，充分利用新技術(shù)、新設(shè)備，克服單一調(diào)壓方式的局限性，提高農(nóng)網(wǎng)電壓調(diào)控能力，改善供電質(zhì)量。

2 10 kV線(xiàn)路中安裝雙向自動(dòng)調(diào)壓器

2.1 安裝自動(dòng)調(diào)壓器的必要性

以淳安宋村區(qū)域10 kV東方172線(xiàn)為例，在線(xiàn)路中部和末端有水電站7座，總裝機(jī)容量達(dá)到4 830 kW。據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，枯水期小水電停運(yùn),線(xiàn)路末端電壓根據(jù)壓降計(jì)算只有8.167 kV左右，不能滿(mǎn)足用戶(hù)的用電質(zhì)量需求。豐水期變電站出口電壓為11.045 kV，線(xiàn)路上的小水電除了滿(mǎn)足周邊用戶(hù)用電之外，還向主電網(wǎng)輸送一部分電能，末端電壓最高時(shí)超過(guò)12 kV，相應(yīng)提出安裝線(xiàn)路自動(dòng)調(diào)壓器的治理措施。

雙向自動(dòng)調(diào)壓器能針對(duì)雙向供電或多電源供電系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別潮流方向，通過(guò)跟蹤輸入電壓的變化，來(lái)自動(dòng)調(diào)整三相有載分接開(kāi)關(guān)的檔位，在±20%的范圍內(nèi)對(duì)輸入電壓進(jìn)行雙向自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持輸出電壓穩(wěn)定。

2.2 安裝點(diǎn)和容量的選擇

一般自動(dòng)調(diào)壓器安裝在距線(xiàn)路首端1/2處或2/3處，可以使裝置輸出側(cè)的電壓質(zhì)量得到保證。根據(jù)線(xiàn)路運(yùn)行的實(shí)際情況，選取雙向調(diào)壓器安裝點(diǎn)定為東方172線(xiàn)主干線(xiàn)57號(hào)桿前。安裝位置如圖1所示。

圖1 東方172線(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓器安裝位置示意圖

安裝點(diǎn)之后的配變?nèi)萘繛? 775 kVA，發(fā)電機(jī)的容量為4 830 kVA，考慮到枯水期和豐水期時(shí)的最大容量，調(diào)壓器的容量選擇為4 000 kVA（調(diào)壓器不能過(guò)載運(yùn)行）。

2.3 調(diào)壓范圍的選擇

枯水期時(shí)安裝點(diǎn)的電壓在8.8 kV左右，豐水期線(xiàn)路電壓最高為12 kV左右，安裝點(diǎn)處的電壓約11.5 kV，此時(shí)需要降低調(diào)壓器的二次側(cè)輸出端電壓（調(diào)壓器靠近變電站的一側(cè)是一次側(cè)，靠近水電站的為二次側(cè)），小水電站出口電壓即可相應(yīng)降低，保證線(xiàn)路上的電壓合格。綜合考慮枯水期和豐水期的實(shí)際情況，調(diào)壓器調(diào)節(jié)范圍可選擇為-15%～+15%。豐水期時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)后調(diào)壓器輸出端最低可以調(diào)節(jié)至10 kV，因此調(diào)壓器二次側(cè)輸出端的電壓只需達(dá)到10 kV既可保證將電能向主網(wǎng)輸送，小水電站又不必將電壓升得很高，同時(shí)可保證沿線(xiàn)用戶(hù)的電壓合格。

2.4 特點(diǎn)和適用條件

此方案既能解決由于線(xiàn)路半徑過(guò)長(zhǎng)引起的低電壓?jiǎn)栴}，又能解決小水電引起的高電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)相對(duì)于線(xiàn)路改造來(lái)說(shuō)，投資較小、安裝簡(jiǎn)單，可以解決區(qū)域性電壓質(zhì)量問(wèn)題。但是采用自動(dòng)調(diào)壓器在解決高電壓?jiǎn)栴}時(shí)，其二次側(cè)電流要增大，需要對(duì)線(xiàn)路載流量進(jìn)行計(jì)算，避免發(fā)生線(xiàn)路超載引起故障。

線(xiàn)路調(diào)壓方式適用于小范圍內(nèi)小水電比較集中、裝機(jī)總?cè)萘枯^大且區(qū)域內(nèi)負(fù)荷倒送引起的高電壓?jiǎn)栴}。其改造方案適用于供電半徑較長(zhǎng)（大于 15km），線(xiàn)徑較細(xì)，功率因數(shù)大于0.9，暫無(wú)線(xiàn)路改造計(jì)劃，或改造代價(jià)過(guò)大，短期內(nèi)暫無(wú)資金實(shí)施35 kV變電站布點(diǎn)改造，末端配電臺(tái)區(qū)低壓用戶(hù)枯水期電壓偏低，豐水期電壓高，采用變電站調(diào)壓方式難以滿(mǎn)足供電質(zhì)量要求的10 kV線(xiàn)路。

方案實(shí)施前需對(duì)居民客戶(hù)端電壓情況進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測(cè)和認(rèn)真分析，研究確定調(diào)壓器安裝位置及容量。其次，在充分利用原有鐵芯、夾件等器部件基礎(chǔ)上，對(duì)變壓器箱體、繞組線(xiàn)圈、變壓器油進(jìn)行適當(dāng)改造和處理，加裝有載分接開(kāi)關(guān)后，將老舊的35 kV變壓器或10 kV配電變壓器改造為線(xiàn)路自耦調(diào)壓器，開(kāi)展設(shè)備的梯度利用，提高設(shè)備綜合利用率。也可購(gòu)置成套線(xiàn)路調(diào)壓器，進(jìn)行柱上安裝，縮短建設(shè)周期。

3 變電所采用寬幅有載調(diào)壓主變

3.1 更換主變的效果

變電所通過(guò)采用寬幅有載調(diào)壓主變，增大變壓器自身調(diào)壓范圍，克服傳統(tǒng)主變調(diào)壓范圍無(wú)法滿(mǎn)足電壓調(diào)整需求的缺點(diǎn)，提升電壓調(diào)控能力。

以淳安縣臨岐區(qū)域?yàn)槔?，由于臨岐小水電資源豐富，采用35 kV專(zhuān)線(xiàn)接入就近的35 kV變電所的小水電1座，裝機(jī)容量5 000 kW；采用10 kV公用線(xiàn)接入的小水電10座，總裝機(jī)容量3 855 kW。據(jù)監(jiān)控顯示，豐水期35 kV臨岐變負(fù)荷倒送達(dá)5 600 kW，變電站35 kV母線(xiàn)電壓為39.217 kV，10 kV母線(xiàn)電壓為11.273 kV，線(xiàn)路末端小水電低壓側(cè)電壓500 V，臨岐全范圍電壓質(zhì)量都不能滿(mǎn)足用戶(hù)的用電質(zhì)量需求。

臨岐變?cè)髯冋{(diào)壓范圍為32.375～37.625 kV，由于35 kV母線(xiàn)最高電壓達(dá)到39.217 kV，超出了調(diào)壓范圍，需更換主變。選用了調(diào)壓范圍為32.375～41.125 kV的變壓器，能滿(mǎn)足當(dāng)豐水期和枯水期電壓檔位調(diào)整需求，確保10 kV側(cè)電壓穩(wěn)定，改造后臨岐全區(qū)域的高電壓?jiǎn)栴}得到解決。

3.2 實(shí)施建議

采用寬幅有載調(diào)壓主變，適用于主變負(fù)荷倒送引起變電所母線(xiàn)的高電壓，主變一次輸入電壓較高造成大范圍低壓用戶(hù)電壓偏高，無(wú)法滿(mǎn)足首末端低壓用戶(hù)供電質(zhì)量的問(wèn)題。

此方案能解決大范圍高電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)改造面小，只需更換主變即可，相對(duì)于線(xiàn)路改造來(lái)說(shuō)，其投資較小，見(jiàn)效快。

在主變選擇前要詳細(xì)分析母線(xiàn)電壓波動(dòng)情況及變化規(guī)律，充分利用電壓自動(dòng)采集系統(tǒng)準(zhǔn)確掌控電壓最大波動(dòng)范圍，明確主變調(diào)壓區(qū)間，并根據(jù)母線(xiàn)電壓波動(dòng)及時(shí)調(diào)整分接頭，使二次側(cè)輸出電壓處于合格范圍。

4 轉(zhuǎn)移小水電負(fù)荷

4.1 轉(zhuǎn)移負(fù)荷后的效果

新建10 kV線(xiàn)路，將小水電密集區(qū)域內(nèi)的小水電負(fù)荷集中轉(zhuǎn)接入附近小水電較少的10 kV公用線(xiàn)，通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)移就地平衡的方式，解決高電壓?jiǎn)栴}。

以淳安縣白馬區(qū)域?yàn)槔?，由于該區(qū)域小水電非常密集，采用10 kV公用線(xiàn)接入的小水電有7座，總裝機(jī)容量3 690 kW，而10 kV輸電線(xiàn)路線(xiàn)徑為L(zhǎng)GJ-50導(dǎo)線(xiàn)。根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，豐水期時(shí)末端低壓用戶(hù)電壓達(dá)到495 V，高電壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重。

通過(guò)分析小水電分布情況，新建1條10 kV線(xiàn)路，將其中1條10 kV支線(xiàn)（掛接了3座小水電，總裝機(jī)容量2 160 kW）改接至距離最近的10 kV夏峰線(xiàn)（夏峰線(xiàn)離變電所10 km，距白馬6 km，配變?nèi)萘? 500 kVA，沒(méi)有小水電掛接）。將白馬區(qū)域3座小水電負(fù)荷改接入夏峰線(xiàn)進(jìn)行負(fù)荷就地平衡，從而降低小水電出口電壓。新建線(xiàn)路采用LGJ-120導(dǎo)線(xiàn)，提高線(xiàn)路輸送能力。項(xiàng)目改造完成后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在豐水期低壓用戶(hù)電壓為405 V，改造效果非常好，解決了白馬區(qū)域整體的高電壓情況。同時(shí)通過(guò)負(fù)荷就地平衡，夏峰線(xiàn)用戶(hù)的電壓質(zhì)量也有所提高，并降低了線(xiàn)路損耗。

4.2 實(shí)施建議

此方案通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行就地平衡，不僅能解決高電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)還能提高其他線(xiàn)路的電壓質(zhì)量，降低線(xiàn)損，在解決高電壓的同時(shí)還能獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

采用轉(zhuǎn)移小水電負(fù)荷解決高電壓?jiǎn)栴}，適用于小水電分片布置，具備負(fù)荷轉(zhuǎn)移條件的區(qū)域，同時(shí)轉(zhuǎn)接入線(xiàn)路與小水電距離不能太遠(yuǎn)，負(fù)荷與小水電負(fù)荷要相匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷就地平衡。新建轉(zhuǎn)接線(xiàn)路不能太長(zhǎng)，距離不要超過(guò)10 km。

在實(shí)施前要充分論證負(fù)荷轉(zhuǎn)移可行性，對(duì)轉(zhuǎn)移線(xiàn)路通道進(jìn)行勘查，確定具體轉(zhuǎn)移的小水電范圍。其次要對(duì)接入線(xiàn)路的負(fù)荷情況進(jìn)行分析，確保負(fù)荷能就地平衡，避免引起另一條線(xiàn)路高電壓。同時(shí)，要對(duì)改造工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，在提升電壓質(zhì)量同時(shí)力求產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

5 局部使用寬幅無(wú)載調(diào)壓配電變壓器

5.1 實(shí)施效果

采用寬幅無(wú)載調(diào)壓配電變壓器，增大配電變壓器自身調(diào)壓范圍，克服傳統(tǒng)配電變壓器調(diào)壓范圍無(wú)法滿(mǎn)足電壓調(diào)整需的缺點(diǎn)，提升配電臺(tái)區(qū)電壓調(diào)控能力。

以淳安縣唐村區(qū)域?yàn)槔?，由于該區(qū)域小水電非常密集，分布較廣，有5座小水電，總裝機(jī)容量6 100 kW，大部分小水電都接在1條10 kV線(xiàn)路上，而這條線(xiàn)路的公變非常少，只有3臺(tái)，共568 kVA。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，豐水期末端低壓用戶(hù)電壓達(dá)到477 V?，F(xiàn)場(chǎng)查勘后發(fā)現(xiàn)這些公變電壓調(diào)節(jié)區(qū)間太小，無(wú)法滿(mǎn)足調(diào)壓需求，根據(jù)計(jì)算將配變更換為寬幅無(wú)載調(diào)壓配變。更換配變后，豐水期只要調(diào)節(jié)變壓器檔位就能保證居民用戶(hù)的電壓質(zhì)量。

5.2 實(shí)施建議

此方案能直接解決低壓臺(tái)區(qū)的高電壓?jiǎn)栴}，同時(shí)投資小，只需更換配變，改造簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快。但是由于小水電發(fā)電負(fù)荷由雨水量決定，其發(fā)電負(fù)荷波動(dòng)較大，導(dǎo)致電壓波動(dòng)也較大，需要及時(shí)停電調(diào)節(jié)配變檔位，影響用戶(hù)供電可靠性，日常工作量較大。

適用于主要以小水電接入為主的10 kV線(xiàn)路，公變臺(tái)區(qū)較少，配變一次輸入電壓較高，末端帶高電壓，采用常規(guī)±5%或±2×2.5%無(wú)載配電變壓器調(diào)壓，無(wú)法滿(mǎn)足首低壓用戶(hù)供電質(zhì)量的配電臺(tái)區(qū)，可以一次性投資更換配變。

方案實(shí)施前，要詳細(xì)分析配電臺(tái)區(qū)所帶負(fù)荷的特性及變化規(guī)律，充分利用配變綜合參數(shù)監(jiān)測(cè)終端或人工定期監(jiān)測(cè)等手段，準(zhǔn)確掌控配電臺(tái)區(qū)電壓的最大波動(dòng)范圍，選取定制寬幅無(wú)載調(diào)壓配電變壓器。根據(jù)配變一次側(cè)電壓輸入和負(fù)荷波動(dòng)的情況，及時(shí)調(diào)整分接頭，使配變二次側(cè)輸出電壓處于合格范圍。同時(shí)應(yīng)根據(jù)配變負(fù)荷變化的規(guī)律和特點(diǎn)，制定相關(guān)的管理制度和辦法，及時(shí)調(diào)整配變分接頭。

6 加強(qiáng)運(yùn)行管理，改變無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)壓

除了以上所述通過(guò)線(xiàn)路改造和設(shè)備更換進(jìn)行調(diào)壓的措施外，從管理上通過(guò)改變線(xiàn)路輸送的無(wú)功功率也可以進(jìn)行調(diào)壓。

6.1 水電站改為進(jìn)相運(yùn)行

線(xiàn)路電壓決定于線(xiàn)路輸送無(wú)功功率的多少，無(wú)功過(guò)剩則電壓升高，無(wú)功不足則電壓降低。正常運(yùn)行時(shí)，其負(fù)荷是呈感性的，所以水電站發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)過(guò)剩的感性無(wú)功（或稱(chēng)發(fā)出容性的無(wú)功功率），使其運(yùn)行在進(jìn)相狀態(tài)也是降低線(xiàn)路電壓的措施之一。一般情況下，設(shè)計(jì)時(shí)已考慮了發(fā)電機(jī)的這種運(yùn)行情況,允許發(fā)電機(jī)作短時(shí)的進(jìn)相運(yùn)行。但不同的發(fā)電機(jī)在作進(jìn)相運(yùn)行時(shí)可能表現(xiàn)出較大的差異。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)端部的漏磁比正常情況下有所增加，由此引起的損耗比滯相運(yùn)行時(shí)還要大，故定子端部附近各金屬部件溫升會(huì)較高，容易發(fā)熱，端部振動(dòng)也會(huì)增加。進(jìn)相運(yùn)行時(shí)可將發(fā)電機(jī)超前的功率因數(shù)控制在1～0.85之間，并注意監(jiān)視母線(xiàn)電壓，保證其安全。小水電進(jìn)相運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)的要求較高，應(yīng)該獲得制造廠(chǎng)家允許或經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)確定。

6.2 加強(qiáng)力率和無(wú)功考核

電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)應(yīng)每年下達(dá)小水電各時(shí)段的力率指標(biāo)，嚴(yán)格考核小水電站。由于目前電力部門(mén)對(duì)小水電力率和無(wú)功考核是采取按月總量計(jì)算，這就使部分平時(shí)全發(fā)有功功率的小水電站為了完成月度無(wú)功考核任務(wù)，會(huì)在月底接近電費(fèi)結(jié)算日的時(shí)段全發(fā)無(wú)功，這也會(huì)造成這一時(shí)段小水電多的線(xiàn)路電壓偏高。因而加強(qiáng)力率和無(wú)功考核制度，改變考核辦法，采用時(shí)段性力率指標(biāo)，也能起到改善線(xiàn)路電壓的作用。

6.3 加強(qiáng)對(duì)電壓質(zhì)量考核

目前電力部門(mén)在簽訂《小水電并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)合同》時(shí)，往往忽略對(duì)電壓質(zhì)量考核，造成對(duì)其考核缺乏依據(jù)。所以在簽訂合同時(shí)，對(duì)容易引起高電壓?jiǎn)栴}的小水電站，應(yīng)重點(diǎn)突出電壓質(zhì)量的考核，將電壓質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益掛鉤，讓小水電的業(yè)主在電站運(yùn)行時(shí)關(guān)注電壓指標(biāo)，確保電能質(zhì)量。

7 結(jié)語(yǔ)

小水電引起配電網(wǎng)高電壓?jiǎn)栴}的因素較多，需要認(rèn)真分析其關(guān)鍵所在，綜合考慮各方面的原因，才能采取有針對(duì)性的措施，從而有效地解決高電壓?jiǎn)栴}。

[1]潘龍德.電氣運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2]白耀鵬.小水電接入電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響的研究[D].北京：北京交通大學(xué)論文集，2010.