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）

隨著國家對綠色能源開發(fā)的扶持，近年來山區(qū)小水電建設(shè)力度不斷加大，小水電裝機容量增長快速，部分區(qū)域存在小水電裝機容量小、布點密集的特點。小水電系統(tǒng)一般直接就近接入10 kV公用線路或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)出的電能無法就地平衡，部分小水電密集區(qū)域的高電壓問題已嚴(yán)重影響了居民的生產(chǎn)生活用電，如近年來淳安地區(qū)已發(fā)生多起由于電壓過高引起居民電器設(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)的高電壓問題。

1 高電壓的形成原因

小水電引起高電壓問題主要發(fā)生在豐水期，由于部分區(qū)域小水電開發(fā)較為集中，總裝機容量較大，而水電資源豐富的區(qū)域一般經(jīng)濟都不發(fā)達，負(fù)荷密度小，豐水期小水電發(fā)出的電能無法就地進行平衡，引起線路末端電壓升高。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，引起區(qū)域性10 kV線路負(fù)荷倒送。10 kV公用線往往是首端線徑粗，末端線徑細(xì)，而小水電一般接入10 kV公用線的末端。當(dāng)枯水期時，線路能保證末端供電需求，當(dāng)豐水期時，潮流發(fā)生變化，首末倒置，其末端線路線徑便成為負(fù)荷輸送瓶頸，從而導(dǎo)致高電壓。

（2）小水電總裝機容量較大時，會采取35 kV專線接入就近的35 kV變電所。當(dāng)小水電的負(fù)荷無法在本變電所供電區(qū)域就地平衡時，負(fù)荷將向上級電源倒送，從而抬高了變電所的35 kV側(cè)母線電壓，造成整片區(qū)域高電壓。

（3）小水電管理問題。小水電建設(shè)時，為獲準(zhǔn)接入10 kV公用線，有意將報裝容量降低，而實際安裝時則提高裝機容量，而供電線路的接入設(shè)計余量不足，從而造成高電壓。

小水電引起高電壓問題涉及面廣，采取單一調(diào)壓手段已無法滿足電壓調(diào)整需求，需充分利用系統(tǒng)各級設(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線路中安裝雙向自動調(diào)壓器

2.1 安裝自動調(diào)壓器的必要性

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

雙向自動調(diào)壓器能針對雙向供電或多電源供電系統(tǒng)自動識別潮流方向，通過跟蹤輸入電壓的變化，來自動調(diào)整三相有載分接開關(guān)的檔位，在±20%的范圍內(nèi)對輸入電壓進行雙向自動調(diào)節(jié)，保持輸出電壓穩(wěn)定。

2.2 安裝點和容量的選擇

一般自動調(diào)壓器安裝在距線路首端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)線路運行的實際情況，選取雙向調(diào)壓器安裝點定為東方172線主干線57號桿前。安裝位置如圖1所示。

圖1 東方172線自動調(diào)壓器安裝位置示意圖

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

2.3 調(diào)壓范圍的選擇

枯水期時安裝點的電壓在8.8 kV左右，豐水期線路電壓最高為12 kV左右，安裝點處的電壓約11.5 kV，此時需要降低調(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，保證線路上的電壓合格。綜合考慮枯水期和豐水期的實際情況，調(diào)壓器調(diào)節(jié)范圍可選擇為-15%～+15%。豐水期時，通過調(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，同時可保證沿線用戶的電壓合格。

2.4 特點和適用條件

此方案既能解決由于線路半徑過長引起的低電壓問題，又能解決小水電引起的高電壓問題，同時相對于線路改造來說，投資較小、安裝簡單，可以解決區(qū)域性電壓質(zhì)量問題。但是采用自動調(diào)壓器在解決高電壓問題時，其二次側(cè)電流要增大，需要對線路載流量進行計算，避免發(fā)生線路超載引起故障。

線路調(diào)壓方式適用于小范圍內(nèi)小水電比較集中、裝機總?cè)萘枯^大且區(qū)域內(nèi)負(fù)荷倒送引起的高電壓問題。其改造方案適用于供電半徑較長（大于 15km），線徑較細(xì)，功率因數(shù)大于0.9，暫無線路改造計劃，或改造代價過大，短期內(nèi)暫無資金實施35 kV變電站布點改造，末端配電臺區(qū)低壓用戶枯水期電壓偏低，豐水期電壓高，采用變電站調(diào)壓方式難以滿足供電質(zhì)量要求的10 kV線路。

方案實施前需對居民客戶端電壓情況進行詳細(xì)監(jiān)測和認(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，對變壓器箱體、繞組線圈、變壓器油進行適當(dāng)改造和處理，加裝有載分接開關(guān)后，將老舊的35 kV變壓器或10 kV配電變壓器改造為線路自耦調(diào)壓器，開展設(shè)備的梯度利用，提高設(shè)備綜合利用率。也可購置成套線路調(diào)壓器，進行柱上安裝，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)壓范圍無法滿足電壓調(diào)整需求的缺點，提升電壓調(diào)控能力。

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

臨岐變原主變調(diào)壓范圍為32.375～37.625 kV，由于35 kV母線最高電壓達到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)域的高電壓問題得到解決。

3.2 實施建議

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的高電壓，主變一次輸入電壓較高造成大范圍低壓用戶電壓偏高，無法滿足首末端低壓用戶供電質(zhì)量的問題。

此方案能解決大范圍高電壓問題，同時改造面小，只需更換主變即可，相對于線路改造來說，其投資較小，見效快。

在主變選擇前要詳細(xì)分析母線電壓波動情況及變化規(guī)律，充分利用電壓自動采集系統(tǒng)準(zhǔn)確掌控電壓最大波動范圍，明確主變調(diào)壓區(qū)間，并根據(jù)母線電壓波動及時調(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，通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移就地平衡的方式，解決高電壓問題。

以淳安縣白馬區(qū)域為例，由于該區(qū)域小水電非常密集，采用10 kV公用線接入的小水電有7座，總裝機容量3 690 kW，而10 kV輸電線路線徑為LGJ-50導(dǎo)線。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示，豐水期時末端低壓用戶電壓達到495 V，高電壓問題嚴(yán)重。

通過分析小水電分布情況，新建1條10 kV線路，將其中1條10 kV支線（掛接了3座小水電，總裝機容量2 160 kW）改接至距離最近的10 kV夏峰線（夏峰線離變電所10 km，距白馬6 km，配變?nèi)萘? 500 kVA，沒有小水電掛接）。將白馬區(qū)域3座小水電負(fù)荷改接入夏峰線進行負(fù)荷就地平衡，從而降低小水電出口電壓。新建線路采用LGJ-120導(dǎo)線，提高線路輸送能力。項目改造完成后，根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)顯示，在豐水期低壓用戶電壓為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。同時通過負(fù)荷就地平衡，夏峰線用戶的電壓質(zhì)量也有所提高，并降低了線路損耗。

4.2 實施建議

此方案通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移進行就地平衡，不僅能解決高電壓問題，同時還能提高其他線路的電壓質(zhì)量，降低線損，在解決高電壓的同時還能獲得一定的經(jīng)濟效益。

采用轉(zhuǎn)移小水電負(fù)荷解決高電壓問題，適用于小水電分片布置，具備負(fù)荷轉(zhuǎn)移條件的區(qū)域，同時轉(zhuǎn)接入線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)接線路不能太長，距離不要超過10 km。

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

5 局部使用寬幅無載調(diào)壓配電變壓器

5.1 實施效果

采用寬幅無載調(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)壓范圍無法滿足電壓調(diào)整需的缺點，提升配電臺區(qū)電壓調(diào)控能力。

以淳安縣唐村區(qū)域為例，由于該區(qū)域小水電非常密集，分布較廣，有5座小水電，總裝機容量6 100 kW，大部分小水電都接在1條10 kV線路上，而這條線路的公變非常少，只有3臺，共568 kVA。監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示，豐水期末端低壓用戶電壓達到477 V?，F(xiàn)場查勘后發(fā)現(xiàn)這些公變電壓調(diào)節(jié)區(qū)間太小，無法滿足調(diào)壓需求，根據(jù)計算將配變更換為寬幅無載調(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的電壓質(zhì)量。

5.2 實施建議

此方案能直接解決低壓臺區(qū)的高電壓問題，同時投資小，只需更換配變，改造簡單、見效快。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)荷波動較大，導(dǎo)致電壓波動也較大，需要及時停電調(diào)節(jié)配變檔位，影響用戶供電可靠性，日常工作量較大。

適用于主要以小水電接入為主的10 kV線路，公變臺區(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%無載配電變壓器調(diào)壓，無法滿足首低壓用戶供電質(zhì)量的配電臺區(qū)，可以一次性投資更換配變。

方案實施前，要詳細(xì)分析配電臺區(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)測終端或人工定期監(jiān)測等手段，準(zhǔn)確掌控配電臺區(qū)電壓的最大波動范圍，選取定制寬幅無載調(diào)壓配電變壓器。根據(jù)配變一次側(cè)電壓輸入和負(fù)荷波動的情況，及時調(diào)整分接頭，使配變二次側(cè)輸出電壓處于合格范圍。同時應(yīng)根據(jù)配變負(fù)荷變化的規(guī)律和特點，制定相關(guān)的管理制度和辦法，及時調(diào)整配變分接頭。

6 加強運行管理，改變無功功率進行調(diào)壓

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

6.1 水電站改為進相運行

線路電壓決定于線路輸送無功功率的多少，無功過剩則電壓升高，無功不足則電壓降低。正常運行時，其負(fù)荷是呈感性的，所以水電站發(fā)電機吸收系統(tǒng)過剩的感性無功（或稱發(fā)出容性的無功功率），使其運行在進相狀態(tài)也是降低線路電壓的措施之一。一般情況下，設(shè)計時已考慮了發(fā)電機的這種運行情況,允許發(fā)電機作短時的進相運行。但不同的發(fā)電機在作進相運行時可能表現(xiàn)出較大的差異。發(fā)電機進相運行后，發(fā)電機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行時還要大，故定子端部附近各金屬部件溫升會較高，容易發(fā)熱，端部振動也會增加。進相運行時可將發(fā)電機超前的功率因數(shù)控制在1～0.85之間，并注意監(jiān)視母線電壓，保證其安全。小水電進相運行對發(fā)電機的要求較高，應(yīng)該獲得制造廠家允許或經(jīng)過專門試驗確定。

6.2 加強力率和無功考核

電網(wǎng)調(diào)度部門應(yīng)每年下達小水電各時段的力率指標(biāo)，嚴(yán)格考核小水電站。由于目前電力部門對小水電力率和無功考核是采取按月總量計算，這就使部分平時全發(fā)有功功率的小水電站為了完成月度無功考核任務(wù)，會在月底接近電費結(jié)算日的時段全發(fā)無功，這也會造成這一時段小水電多的線路電壓偏高。因而加強力率和無功考核制度，改變考核辦法，采用時段性力率指標(biāo)，也能起到改善線路電壓的作用。

6.3 加強對電壓質(zhì)量考核

目前電力部門在簽訂《小水電并網(wǎng)經(jīng)濟合同》時，往往忽略對電壓質(zhì)量考核，造成對其考核缺乏依據(jù)。所以在簽訂合同時，對容易引起高電壓問題的小水電站，應(yīng)重點突出電壓質(zhì)量的考核，將電壓質(zhì)量和經(jīng)濟效益掛鉤，讓小水電的業(yè)主在電站運行時關(guān)注電壓指標(biāo)，確保電能質(zhì)量。

7 結(jié)語

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

[1]潘龍德.電氣運行[M].北京：中國電力出版社，2002.

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