小水電發(fā)供分離的技術原則分析

朱澤忠 ，彭自友 ，梅詠武 ，葉鋒圖

（1.梅州市嘉安電力設計有限公司，廣東 梅州 514000;2.廣東電網梅州供電局，廣東 梅州 514000）

小水電作為一種無污染、可循環(huán)利用的能源，投資少、技術成熟、開發(fā)成本較低。但小水電的大量接入，對配電網的供電可靠性、線損、電壓質量等方面帶來影響。對小水電進行發(fā)供分離，能有效提升配電網線路的供電可靠性，對配電網的電壓調節(jié)，也具有明顯優(yōu)勢。

1 小水電接入對配電網的影響

1.1 設備運維方面的影響

小水電一般地處偏遠，分布較為分散，通常處于地區(qū)負荷較低、經濟相對欠發(fā)達地方，一般在配電網線路中間或末端接入系統(tǒng)，運維難度大。

1.2 對供電可靠性的影響

小水電大多以T 接方式接入現(xiàn)有的配電網，使得現(xiàn)有配電網結構變成了較為復雜的多電源網絡結構。當線路故障時，直接重合閘將給上網水電機組造成沖擊，影響系統(tǒng)穩(wěn)定。線路跳閘后，短時間內上網小水電與線路上用戶孤島運行，當水電出力大于用電負荷時，易出現(xiàn)高壓、高頻的情況，直接影響電用戶的設備安全，甚至導致用電設備燒毀。

小水電站由于運行維護質量不到位，設備水平差，易導致全線用戶停電的事故發(fā)生，嚴重影響配電網的供電可靠性。

1.3 對電壓質量的影響

一些小水電并網時與配電線路發(fā)供共線，就近接入。在水電資源豐富的地區(qū)，豐水期水電大發(fā)，當水電出力大于用電負荷時，小水電發(fā)出的電能無法就地平衡，為保證電能順利送出，電站通過提高上網電壓來抵消線路上的壓降，導致線路電壓抬高。枯水期時，小水電機組出力大大降低，且由于部分線路長、線徑小，導致線路末端電壓偏低。

1.4 對線損的影響

小水電接入對配電網的線損影響主要有以下幾點：（1）當小水電出力小于線路用電負荷時，上網線路功率損耗最小。因為小水電上網電量可以就近消納，線路上潮流降低，線損也隨之下降。（2）當小水電出力大于線路用電負荷時，多余電量將上送至配電網，導致線路損耗增加，所增加的損耗就是向系統(tǒng)送出的潮流所產生的功率損耗。（3）當小水電出力大于線路用電負荷時，且無功出力不足時，線路上產生的功率損耗將增大。當發(fā)電機從系統(tǒng)吸收大量無功時，線路產生的線損也越大。

2 小水電發(fā)供分離的優(yōu)勢

2.1 有效提升配電網的供電可靠性

通過小水電發(fā)供分離，當小水電出現(xiàn)故障，自動化開關將動作，對故障自動隔離，避免故障影響用電安全。據(jù)統(tǒng)計，2021 年梅州有124 座小水電出現(xiàn)故障，影響中壓線路48 回，故障停電影響用戶數(shù)為14383 戶，其中，中壓用戶187，低壓用戶14196。故障的小水電中，已經完成發(fā)供分離的有86 座，計劃“十四五”期間完成38 座。已經實現(xiàn)發(fā)供分離的小水電，再未出現(xiàn)故障導致用戶停電事故。

2.2 有效解決線路過電壓

小水電發(fā)電線路與用電線路被分離開，將根本解決發(fā)電與供電共線導致的過電壓問題。當線路故障跳閘，通過安裝自動化斷路器，小水電過電壓保護動作，小水電及時與電網解列，避免由于發(fā)電機內電勢導致機端電壓過高，保護線路用電設備安全。

2.3 有助于降低線損

小水電通過新建線路，實現(xiàn)支線局部發(fā)供分離，新建線路有效解決了線路殘舊、線徑過小等問題；且新建線路一般位于負荷中心，發(fā)電線路與供電線路分開后，可促進小水電出力與用電負荷相匹配，從而達到降低線損的作用。

3 小水電發(fā)供分離原則

3.1 總體原則

對新建并網的小水電，在簽訂并網協(xié)議、調度協(xié)議時，明確小水電須安裝電壓頻率綜合切機裝置。對存量的小水電，結合配網自動化建設，要求小水電進行改造，確保線路故障跳閘時小水電可靠切機。對于小水電較多的地區(qū)，接入中壓線路時，應優(yōu)先考慮將小水電集中在一條分支線或專線上網，支線首端安裝自動化斷路器，實現(xiàn)分支線發(fā)供分離。對于已經接入且故障較多的小水電，須在線路合適位置安裝具備保護功能、配置雙側TV 的自動化斷路器裝置，有效隔離小水電故障。

3.2 發(fā)供分離技術原則

與周邊現(xiàn)有線路資源或新建線路調整網架，通過建立獨立的發(fā)電線路與獨立的供電線路，實現(xiàn)主干線發(fā)供分離。如圖1 所示。

圖1 發(fā)電線路與供電線路獨立

新建或利用現(xiàn)有支線將小水電集中到一條支線，水電支線安裝自動化斷路器，并盡量調整至線路末端，實現(xiàn)分支線局部發(fā)供分離。如圖2 所示。

圖2 小水電集中到一條支線并安裝自動化斷路器

在無法實現(xiàn)支線發(fā)供分離與主干線發(fā)供分離、線路上的用電臺區(qū)無法轉移到其他公用線路上的前提下，直接設置自動化斷路器實現(xiàn)發(fā)供分離。當線路上小水電出力小于用電負荷，且水電站數(shù)量較少，可考慮在水電站接入端安裝自動化斷路器。當線路上水電出力大于用電負荷，線路主要以水電發(fā)電為主，可考慮在公用臺區(qū)接入端加裝自動化斷路器。當小水電滿載情況下其出力仍小于線路負荷最小負載時，經過技術經濟性論證，小水電故障時對整個電網沖擊較小，不會引起電網故障，可考慮不實現(xiàn)發(fā)供分離。

打破屬地運維思維界限，以提升供電可靠性、降低線損為共同目標，將小水電接入靠近負荷的區(qū)域，直接設置自動化斷路器實現(xiàn)發(fā)供分離，促進小水電消納，有利于降低原線路的損耗。

通過新建線路，線路側重于從負荷較重的母線出線，根據(jù)小水電與負荷分布情況，綜合考慮采用新建線路實現(xiàn)主干線發(fā)供分離或者新建線路割接負荷后，實現(xiàn)局部發(fā)供分離。

3.3 小水電發(fā)供分離降低線損原則

影響10 kV 線路損耗的主要因素為電壓水平、供電半徑、線徑大小、負載率、運行年限、線路運維。降低線損從以下幾方面考慮：

合理調整小水電上網功率因數(shù)。當負荷水平較低時，水電站應提高功率因數(shù)運行；當負荷水平處于高峰時，水電站應降低功率因數(shù)運行，多發(fā)無功功率。

對殘舊、線徑過小的高損線路進行升級改造，通過降低上網線路的電阻達到降低線損的目的，該方法須綜合考慮其經濟性。

控制小水電發(fā)電出力。豐水期小水電出力大，當大于用電負荷時，多余電量倒送至電網，增加線路損耗。對于有調節(jié)能力的小水電，可在低谷時段限制小水電發(fā)電出力，減少倒送電量，降低線損。

嚴格把關小水電并網，并網點靠近負荷中心為宜，保證小水電站的出力就近平衡。

3.4 小水電發(fā)供分離電壓調節(jié)原則

3.4.1 并聯(lián)無功補償裝置調壓

在枯水期大負荷場景下，可在線路安裝電容器來補償無功，減小線路中的無功傳輸，通過無功就地平衡來調節(jié)電壓。在豐水期小負荷場景下，小水電有功倒送嚴重，可在小水電站內安裝并聯(lián)電抗器，通過吸收配電網的無功，抵消倒送的有功在電阻產生的壓降來調節(jié)電壓[3]。

3.4.2 更換導線截面調壓

通過增加導線截面，降低線路阻抗值，減小線路的壓降，達到調壓的目的。但是該方法存在以下問題：增加導線截面經濟性較差；有的配電網線路負載較輕，在枯水期小水電出力較小，原線路滿足系統(tǒng)要求前提下，更換導線造成資源浪費；造成長時間停電，影響用戶用電穩(wěn)定性需求[3]。

3.4.3 調節(jié)變電站母線電壓調壓

配電網線路過長，線路會產生電壓降，導致線路末端電壓過低，因此通常將變電站的母線電壓調高至10.5 kV。小水電接入配電網后，在枯水期大負荷場景下，仍可通過調高母線電壓解決線路末端電壓偏低問題。在豐水期小負荷場景下，降低變電站母線的電壓至9.5 kV，可抵消小水電并網造成的電壓偏高[3]問題。

4 結論及建議

4.1 主要結論

通過小水電發(fā)供分離，避免線路故障時直接重合閘對上網水電機組造成沖擊，影響系統(tǒng)穩(wěn)定；有效避免小水電故障，降低對用戶正常用電、線路供電可靠性造成影響。

小水電發(fā)供分離的實現(xiàn)，配電網原有發(fā)電線路與用電線路共線問題將得到有效解決。當線路電壓升高，小水電過電壓保護動作，及時與電網解列，避免由于發(fā)電機內電勢導致機端電壓過高，保護用電設備安全，有效解決過電壓問題。

小水電發(fā)供分離有利于優(yōu)化線損，通過合理的源荷平衡、合理優(yōu)化接入點，一定程度上避免小水電接入帶來大量發(fā)電性質的線損，同時發(fā)供分離結構的完善也能快速恢復非故障影響水電線路的送電，促進綠色能源消納。

4.2 存在問題及建議

4.2.1 運行管理方面

對生態(tài)環(huán)境產生破壞、管理水平不高、自動化程度較低、裝機容量偏小，水能利用率較低、建筑物老化、設備陳舊、效率低，不滿足政府規(guī)定的可以保留的小水電，應按要求實施整改，甚至拆除。政府應提供技術指引，采用先進技術和先進設備提高小水電站可靠性和管理水平，增加電站效益。

加強并網線路的運維，對于殘舊、線徑過小的線路進行改造。

4.2.2 技術方面

對于新增并網小水電，嚴格按照技術導則要求進行并網審查，在簽訂并網和調度協(xié)議時，明確小水電須安裝電壓頻率綜合切機裝置，在線路合適位置安裝具備過電壓、高頻解列等保護功能的自動化斷路器裝置，配置雙側TV，可靠隔離小水電。

大部分小水電位于偏遠山區(qū)、中壓線路末端，新建線路實現(xiàn)局部發(fā)供分離造價高，可實施性較差，只能通過直接增加自動化斷路器實現(xiàn)發(fā)供分離。

有的小水電容量較小，地理位置偏遠，單獨立項準入條件不足，且增加自動化斷路器經濟性較差。建議結合網架完善、配電自動化改造等項目同步實施發(fā)供分離改造。

部分容量較小的水電站，目前處于停產狀態(tài)，沒有明確的退出意向，進行發(fā)供分離的經濟性差。應明確小水電業(yè)主的經營意向，確定是否保留小水電，且是否滿足政府規(guī)定的小水電保留的相關要求，不滿足的按照政府整改要求進行整改，結合中壓配電網規(guī)劃項目同步實施發(fā)供分離改造。