農(nóng)村小水電接入配電網(wǎng)后的電壓控制與運行調(diào)整策略
——評《小型水電站運行與維護》

朱然楷

楊中瑞主編中國水利水電出版社出版

隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國民生工程建設(shè)范圍愈發(fā)廣泛，水電站作為民生工程的關(guān)鍵項目，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用電提供了重要保障。 為提高社會用電效率，在農(nóng)村建立小型水電站（下文簡稱小水電）并引入配電網(wǎng)，從而豐富社會用電儲備，成為備受關(guān)注的可行之策。 鑒于農(nóng)村小水電本身存在的局限，將其接入配電網(wǎng)后的電壓控制以及電網(wǎng)運行安全程度都會受到影響。 因此，分析農(nóng)村小水電接入配電網(wǎng)后的電壓控制與運行調(diào)整成為小型水電工程必須考慮的重要問題。 由楊中瑞主編、中國水利水電出版社于2018 年2 月出版的《小型水電站運行與維護》一書，詳細(xì)介紹了小水電的設(shè)備運維、電壓控制、工程管理等，為小水電接入配電網(wǎng)的研究提供了理論依據(jù)，具有重要參考價值。

《小型水電站運行與維護》共分為十三章：第一章介紹水電站的整體運行，通過水工建筑物以及機電設(shè)備的安全運行實現(xiàn)正常發(fā)電、輸送；第二章與第三章為水輪機的運維；第四章介紹調(diào)速器的運維，可以實現(xiàn)對電源功率的精準(zhǔn)控制，最大限度發(fā)揮電能效率；第五章為勵磁裝置的運維；第六章與第七章為自動化元件以及輔助設(shè)備的運維，主要介紹自動化儀器在水電站中的重要作用以及維護措施；第八章與第九章為高低壓輸配以及變壓器等設(shè)備運維；第十章與第十一章介紹廠用電負(fù)荷系統(tǒng)以及直流系統(tǒng)的運維；第十二章描述水電站微機監(jiān)控保護系統(tǒng)；第十三章補充介紹管理小水電的有效措施。

不同于大型水電站，農(nóng)村小水電的運行維護機制并不完善，其工程項目建設(shè)通常由當(dāng)?shù)仄髽I(yè)自行設(shè)計實施，缺乏專業(yè)指導(dǎo)，不僅水電站實際生產(chǎn)效率較為低下，其水電資源的利用也不徹底。 此外，農(nóng)村小水電的管理與運行未受到應(yīng)有重視，相關(guān)工作人員不能很好地開展機械設(shè)備的巡檢、維護等工作，導(dǎo)致水電站的發(fā)電效率與質(zhì)量難以達到標(biāo)準(zhǔn)。 受上述條件限制，農(nóng)村小水電在接入配電網(wǎng)后，容易出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定、功率分配不平衡等問題，而且農(nóng)村小水電的發(fā)電受氣候制約，在豐水期發(fā)電極易導(dǎo)致電壓過高，而枯水期卻容易發(fā)生電壓過低的狀況。 因此，當(dāng)小水電接入配電網(wǎng)后，電壓控制以及電網(wǎng)運行的優(yōu)化便成為難題。 基于此，我國電力學(xué)者、建筑學(xué)者進行了深入研究，并提出以下三個方面調(diào)控措施。

第一，限制農(nóng)村小水電接入配電網(wǎng)的準(zhǔn)入容量。 小水電接入配電網(wǎng)后，會直接影響整個電網(wǎng)的電壓、電流以及功率大小，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用裼秒?，而控制接入配電網(wǎng)的規(guī)模，可以有效實現(xiàn)配電網(wǎng)的安全運行，保障當(dāng)?shù)赜秒娦省?研究發(fā)現(xiàn)，不同接入容量會影響線路傳輸效率，導(dǎo)致線路節(jié)點電壓發(fā)生變化，當(dāng)小水電接入容量增大時，電壓會逐漸上升，超過一定限度則會完全崩潰，導(dǎo)致配電網(wǎng)安全出現(xiàn)較大隱患。 因此，在農(nóng)村小水電接入配電網(wǎng)時，必須準(zhǔn)確計算其容量，確定準(zhǔn)入容量限度，不超過安全范圍方可接入。

第二，利用線路電壓調(diào)節(jié)器進行電壓調(diào)節(jié)。 通常來說，小水電并入配電網(wǎng)都是利用分布式發(fā)電進行并網(wǎng)，通過線路連接不同變壓器實現(xiàn)電壓分配，形成網(wǎng)狀分布。 小水電并入配電網(wǎng)后，電源系統(tǒng)以并聯(lián)形式組成，一旦功率變動就會引起電壓變化。 因此，利用線路電壓調(diào)節(jié)器可以有效調(diào)節(jié)配電網(wǎng)的電壓波動，當(dāng)電壓偏高時，線路調(diào)節(jié)器以并聯(lián)電抗的形式分擔(dān)部分線路電壓，降低節(jié)點電壓，保證該節(jié)點能正常發(fā)揮作用；當(dāng)電壓偏低時，線路電壓調(diào)節(jié)器可以串聯(lián)電抗的形式發(fā)揮作用，增強某一段路線的節(jié)點電壓。 利用線路電壓調(diào)節(jié)器可以快速、有效調(diào)整線路節(jié)點電壓，從而提升電路電力資源的分配與利用效果。 但線路調(diào)節(jié)器的作用并非僅局限于此，其設(shè)計原理極其復(fù)雜，能調(diào)節(jié)其在功率、電荷、電路距離、電線阻力等多個影響因素共同作用下所發(fā)揮的作用。

第三，農(nóng)村小水電接入位置的選擇以及線路保護。 上文討論了農(nóng)村小水電的準(zhǔn)入容量以及接入后電壓調(diào)節(jié)的有效措施，但小水電的接入位置以及線路截面面積也會影響接入后的電壓控制。 通常來說，在首端接入不會對配電網(wǎng)電壓造成過大影響，末端接入則會導(dǎo)致電壓過高，因此小水電接入配電網(wǎng)時宜選擇首端作為接入位置。 此外，線路截面面積越大，其阻抗越小，因此在農(nóng)村小水電接入配電網(wǎng)時，可通過更換線路進行電壓控制，但實際操作過程中工程耗時較長且花費過高，只適用于短線路電網(wǎng)系統(tǒng)。

總之，農(nóng)村小水電接入配電網(wǎng)后的電壓控制相對復(fù)雜，目前我國水電工程采取多項措施調(diào)節(jié)控制其電壓，以保障電網(wǎng)的安全運行，但社會用電的電網(wǎng)質(zhì)量與運行效率不僅受電壓、功率等直接影響，機電設(shè)備、水工建筑等也會影響其實際效果，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和管理水平的提高，未來關(guān)于小水電接入配電網(wǎng)后的安全運行必定會發(fā)展得更加成熟。