一種改善10kV小水電供電線路電壓質(zhì)

一種改善10kV小水電供電線路電壓質(zhì)量的方法研究摘要:大力開(kāi)發(fā)山區(qū)及農(nóng)村地區(qū)小水電是發(fā)展分布式發(fā)電及清潔能源的重要途徑,但是大量小水電集中上網(wǎng)，向電網(wǎng)輸送功率的同時(shí),會(huì)給電網(wǎng)電壓合格率、損耗控制以及繼電保護(hù)等造成較為嚴(yán)重的影響。結(jié)合廣東地區(qū)電網(wǎng)的現(xiàn)狀，分析了造成電壓偏高的原因,并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行了建模計(jì)算,針對(duì)性的提出了提高電壓質(zhì)量的技術(shù)調(diào)整方案。計(jì)算結(jié)果表明,所提方案對(duì)改善廣東地區(qū)電網(wǎng)電壓偏高有明顯的作用。關(guān)鍵詞:小水電;電壓質(zhì)量;Abstract:Itisoneofthemostimportantwaystodevelopdistributedgenerationandcleanenergythatexploitssmallhydropowerinmountainousandruralareas.Alargenumberofsmalldistributedhydropowerconcentrativeshaveaccesstothepowertransmissiongrid,whichcausesagreatimpactonguangdonggrid’svoltage,netloss,securityandsoon.Inthispaper,thereasonswhyvoltagevaluegoesbeyondthelimitareanalyzedaccordingtothestatusquoofregionalpowernetworksinguangdong,Basedonthemodelingandcomputationofthegrid,theoperatingmodeandtheprogramfocusingontheproblemsarepresented,thecalculationresultsshowthattheproposedprogramhasasignificanteffectontheimprovementofvoltageprobleminGuangdongPowerNetwork.Keywords:smallhydropower;voltagequality;一、前言提高電能質(zhì)量是電力企業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)，廣大偏遠(yuǎn)山區(qū)經(jīng)過(guò)幾年大規(guī)模的電網(wǎng)建設(shè)與改造，10kV以及低壓電網(wǎng)已得到極大的改善，絕大部分配電變壓器由高損耗更換為低損耗變壓器，提高了供電質(zhì)量。但是由于農(nóng)網(wǎng)改造資金有限，尤其是部分偏遠(yuǎn)地區(qū)超供電半徑的問(wèn)題，不可能采用大量的高壓配網(wǎng)布點(diǎn)的途徑解決，仍存在一定數(shù)量供電半徑超過(guò)國(guó)家規(guī)定的遠(yuǎn)距離線路，線路末端電壓難以保證，功率因數(shù)達(dá)不到要求，線損較大。尤其隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，山區(qū)小水電發(fā)展比較快，特別是當(dāng)水資源充足時(shí)，除可滿足本地電網(wǎng)的用電需求之外，還有十分富余的電能可向電網(wǎng)輸送。但小水電為將電能送出會(huì)抬高水電站出口電壓，導(dǎo)致線路電壓偏高；而當(dāng)枯水期，則需依賴電網(wǎng)供電，線路末端電壓又偏低。針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)普遍使用的線路單向自動(dòng)電壓調(diào)整器已無(wú)法滿足供電需求，為了更好地供好電、服好務(wù)、解決部分小水電豐富地區(qū)的電壓不穩(wěn)定問(wèn)題，根據(jù)市場(chǎng)需求和用戶的具體要求，需研制出一種適用于帶小水電供電系統(tǒng)的調(diào)壓裝置來(lái)解決局部線路的電壓質(zhì)量問(wèn)題。本文主要針對(duì)含小水電的配電線路所存在的電壓質(zhì)量問(wèn)題，以廣東清遠(yuǎn)地區(qū)的供電線路為研究基礎(chǔ)，提出了一種使用電容電抗并補(bǔ)調(diào)壓方式來(lái)解決此問(wèn)題的方案。二、清遠(yuǎn)局小水電電網(wǎng)現(xiàn)狀2.1清遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)基本情況以及存在的主要問(wèn)題清遠(yuǎn)電網(wǎng)小水電資源豐富，小水電站共有1400多座，對(duì)充分利用地方資源、保障電力供應(yīng)發(fā)揮了巨大的作用。清遠(yuǎn)電網(wǎng)小水電站約有80%是通過(guò)發(fā)電機(jī)端電壓0.4kV升壓到10kV上網(wǎng)，由于多數(shù)小水電站上網(wǎng)10kV線路長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，在豐水期大量小水電上網(wǎng)時(shí)，普遍導(dǎo)致有小水電站上網(wǎng)的10kV線路供電電壓偏高，局部嚴(yán)重偏高，甚至嚴(yán)重影響用電設(shè)備安全運(yùn)行。2.2電壓異常的原因分析（1）豐枯矛盾突出。（2）小水電缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管調(diào)度。（3）變壓器的配置不合理。（4）部分35kV變壓器為無(wú)載調(diào)壓。三、目前解決線路電壓異常的主要措施為了保證電壓質(zhì)量，中低壓配電網(wǎng)中的主要調(diào)壓目前的措施有以下五個(gè)方面：（1）改變變壓器的變比；（2）改善線路的無(wú)功功率；（3）改變線路參數(shù)；（4）新建變電站；（5）調(diào)壓變壓器上述五種調(diào)壓方法各自都有優(yōu)點(diǎn)，也有許多不足之處，下面從我們現(xiàn)狀出發(fā)對(duì)上述幾種調(diào)壓方式進(jìn)行比較分析。調(diào)節(jié)主變壓器的輸出電壓的方法靈活性、針對(duì)性差。而針對(duì)帶有小水電的供電線路在豐水期電壓偏高的問(wèn)題，調(diào)節(jié)主變的分接位置，對(duì)供電線路中后端的電壓影響調(diào)小，調(diào)壓效果差。采用無(wú)功補(bǔ)償主要是提高線路的功率因數(shù)，調(diào)壓效果很有限，更不能解決有小水電供電線路的電壓高的問(wèn)題。改變電路參數(shù)，增大導(dǎo)線截面，合理減少系統(tǒng)的阻抗只是在負(fù)荷功率因數(shù)較高、原有導(dǎo)線截面偏小的配電線路中才比較有效，一般情況不宜采用。在電壓偏低或偏高的地方新建變電站工程造價(jià)高，而且得不到好的經(jīng)濟(jì)效益，就我國(guó)目前情況，建設(shè)大量變電站不太實(shí)際。調(diào)壓變壓器在單電源供電系統(tǒng)上運(yùn)用較廣，但對(duì)潮流變化的供電網(wǎng)絡(luò)需對(duì)其進(jìn)行必要的改進(jìn)，以適應(yīng)多電源系統(tǒng)的需要。經(jīng)過(guò)以上的比較分析，安裝一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的適合具有小水電供電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)調(diào)壓設(shè)備是偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)網(wǎng)改造的迫切需求。四、電容電抗并補(bǔ)原理和效果4.1電力系統(tǒng)的無(wú)功功率對(duì)電壓的影響在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，要求電源的無(wú)功出力在任何時(shí)刻都同負(fù)荷的無(wú)功功率和網(wǎng)絡(luò)無(wú)功損耗之和相等。即：現(xiàn)以一發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)一段線路向負(fù)荷供電來(lái)說(shuō)明無(wú)功電源對(duì)電壓的影響。略去各元件電阻，用Ｘ表示發(fā)電機(jī)電抗與線路電抗之和，等值電路如圖2所示，并根據(jù)等值電路圖作出發(fā)電機(jī)端電壓與負(fù)荷側(cè)電壓關(guān)系的相量圖3：圖2：發(fā)電機(jī)與復(fù)合關(guān)系的等值電路圖圖3發(fā)電機(jī)端電壓與復(fù)合電壓關(guān)系的向量圖根據(jù)圖3可以確定發(fā)電機(jī)送到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率為：當(dāng)P為一定時(shí)，得：（1－3）當(dāng)電勢(shì)Ｅ為一定值時(shí)，根據(jù)式（1－3）可作出無(wú)功功率Ｑ與電壓Ｕ的關(guān)系圖，如圖4中的曲線１：圖4：無(wú)功功率平衡確定電壓由圖可知，Ｑ－Ｕ關(guān)系是一條向下的拋物線，而負(fù)荷的主要成分是異步電動(dòng)機(jī)，其無(wú)功電壓特性如圖中的曲線２所示。曲線１與曲線２的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓值Ｕa，即系統(tǒng)在電壓Ｕa下達(dá)到了無(wú)功功率的平衡。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，其無(wú)功電壓特性如曲線２'所示，如果系統(tǒng)的無(wú)功電源沒(méi)有相應(yīng)增加（即發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變，電勢(shì)也就不變），電源的無(wú)功特性仍然是曲線１，這時(shí)曲線１和曲線２'的交點(diǎn)a'就代表了新的無(wú)功平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Ｕa'，顯然Ｕa'〈Ｕa，這說(shuō)明負(fù)荷增加后，系統(tǒng)的電源已不能滿足在電壓Ｕa下無(wú)功平衡的需要，因而只好降低電壓運(yùn)行，以取得在較低電壓下的無(wú)功平衡。如果發(fā)電機(jī)具有充足的無(wú)功備用，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流增大發(fā)電機(jī)電勢(shì)Ｅ，則發(fā)電機(jī)的無(wú)功特性曲綞將上移到曲線１’的位置，從而使曲線１’與曲線２’由此可見(jiàn)，系統(tǒng)中的無(wú)功電源對(duì)系統(tǒng)中的電壓的影響為當(dāng)無(wú)功電源比較充足時(shí)，能滿足較高電壓水平下的無(wú)功需要，系統(tǒng)就有較高的運(yùn)行電壓水平；反之，無(wú)功不足就反映為運(yùn)行電壓水平偏低。因此我們可以根據(jù)線路無(wú)功功率對(duì)電壓的影響，以此通過(guò)在線路進(jìn)行上并聯(lián)電容電抗對(duì)線路電壓進(jìn)行調(diào)整。效果分析枯水期無(wú)功電壓分析當(dāng)輸電線路或變壓器傳輸功率時(shí)，電流將在線路或變壓器阻抗上產(chǎn)生電壓損耗，下面以一條輸電線路為例來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題。如圖5所示，該圖表示一段輸電線路的單相等值電路，其中R、X分別為一相的電阻和等值電抗，U1、U2為首未端相電壓，I為線路中流過(guò)的相電流。圖5線路單相等值電路圖6向量圖為了說(shuō)明問(wèn)題，我們作出向量圖，以線路末端電壓U2為參考軸，設(shè)線路電流I為正常的阻感性負(fù)荷電流，它滯后于U2一個(gè)角度f(wàn)，電流流過(guò)線路電阻產(chǎn)生一個(gè)電壓降IR，它與電流向量同方向，同時(shí)，線路電流也在線路上產(chǎn)生一個(gè)電壓降IX，它超前于電流向量90,U1就是U2、IR、IX三個(gè)電壓的和，如圖6所示。從向量圖可知，線路的電壓損耗為電壓和之和，從圖中可知，=IRcosf，=IXsinf，所以線路的電壓損耗為=+=I(Rcosf+Xsinf)，如果電流I用線路末端的單相功率S和電壓U2來(lái)表示，即P=U2Icosf,Q=U2Isinf則可得：=(PR+QX)/U2由此可見(jiàn)，電壓損耗由兩部分組成，即有功功率在電阻上的壓降和無(wú)功功率在電抗上的壓降。由電壓損耗表達(dá)式=(PR+QX)/U2可知，在為了使電壓損耗降低可使Q值降低，因此線路上可以通過(guò)改變線路無(wú)功功率來(lái)改善線路電壓。豐水期無(wú)功電壓分析圖7帶小水電電力系統(tǒng)圖清遠(yuǎn)電網(wǎng)小水電站大多數(shù)T接于10kV供電線路，由于多數(shù)小水電站上網(wǎng)10kV線路長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，在豐水期由于大量小水電上網(wǎng)時(shí)，普遍導(dǎo)致有小水電站上網(wǎng)的10kV線路供電電壓偏高，局部嚴(yán)重偏高，甚至嚴(yán)重影響用電設(shè)備安全運(yùn)行，為使電壓降低，因此此時(shí)需要增大電壓降落的縱分量，因次在線路上并聯(lián)電抗使無(wú)功需求增加以此來(lái)降低線路電壓。根據(jù)電壓降計(jì)算公式=(PR+QX)/U2可求出并聯(lián)電抗X的值，以此增加線路的電壓降，使安裝點(diǎn)電壓保持在一個(gè)合格的范圍內(nèi)。因?yàn)榫€路電壓為改變線路無(wú)功功率平衡來(lái)調(diào)節(jié)電壓，因此電容電抗并補(bǔ)設(shè)備的安裝點(diǎn)盡量選擇負(fù)荷集中處，或線路的中段，這樣可發(fā)揮最大調(diào)壓效果。電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡，直接影響電壓的質(zhì)量。為保證電壓質(zhì)量，滿足用戶的用電要求，在枯水期系統(tǒng)中必須有充足的無(wú)功電源備用。當(dāng)系統(tǒng)中的無(wú)功功率不能滿足無(wú)功負(fù)荷的需要時(shí)，就得調(diào)整無(wú)功功率的輸出，對(duì)線路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，減少?gòu)淖冸娬玖魅氲臒o(wú)功功率，從而調(diào)整負(fù)荷側(cè)電壓，以改善電壓的偏移；在豐水期由于線路小水電的存在導(dǎo)致線路電壓過(guò)高，此時(shí)應(yīng)該對(duì)線路上并聯(lián)電抗，以增加感性無(wú)功來(lái)增大線路電壓損耗，達(dá)到降低電壓的目地。五對(duì)具有小水電電網(wǎng)建設(shè)與改造的建議目前水電在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用日益突出，我們要充分認(rèn)識(shí)小水電建設(shè)對(duì)我國(guó)民經(jīng)濟(jì)拉動(dòng)和擴(kuò)大就業(yè)的作用，認(rèn)真落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大力發(fā)展綠色水電這一支柱工業(yè)，不斷加大水力資源開(kāi)發(fā)力度，增加小水電建設(shè)投入，實(shí)現(xiàn)水電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在此對(duì)小水電電網(wǎng)建設(shè)與改造有幾點(diǎn)建議：1.枯水期變電站將母線電壓抬高，豐水期將母線電壓降低；2.對(duì)于小水電數(shù)目較多并且集中的地區(qū)可專線直接上網(wǎng)；3.小水電站地理位置盡可能選擇距變電站較近的地方修建；4.加強(qiáng)對(duì)小水電站監(jiān)控和協(xié)調(diào)調(diào)度，對(duì)無(wú)檢測(cè)與計(jì)量的小水電進(jìn)行改造；5.總體規(guī)劃水電資源的開(kāi)發(fā)，強(qiáng)化有序開(kāi)發(fā)小水電，規(guī)范小水電建設(shè)程序，建立統(tǒng)一、高效的水電開(kāi)發(fā)機(jī)制，做到小水電資源的合理開(kāi)發(fā)與利用，避免小水電資源浪費(fèi)。6.建立小水電自供網(wǎng)絡(luò)。將電網(wǎng)建設(shè)與電站建設(shè)同步進(jìn)行，做到站網(wǎng)結(jié)合，努力發(fā)揮小水電優(yōu)勢(shì)。

六、結(jié)論電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓關(guān)系到電網(wǎng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)保證用戶安全和產(chǎn)品質(zhì)量以及電氣設(shè)備的安全與使用壽命至關(guān)重要。無(wú)功補(bǔ)償與無(wú)功平衡，是保證電壓質(zhì)量的基本條件。雖然感性無(wú)功補(bǔ)償在總量上不及容性無(wú)功補(bǔ)償，但二者都對(duì)電壓產(chǎn)生重要影響，同等重要不可偏廢。實(shí)際上電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整是一個(gè)復(fù)雜的綜合性問(wèn)題，系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓與線路中的無(wú)功功率時(shí)互相關(guān)聯(lián)的。所以各種調(diào)壓措施要相互配合，使全系統(tǒng)電壓均滿足要求。本課題采用技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合傳統(tǒng)方法，經(jīng)濟(jì)而有效方法來(lái)提高電壓質(zhì)量，可使電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定、提高用戶用電可靠性。同時(shí)，本課題針對(duì)的問(wèn)題在廣東電網(wǎng)具有一定的普遍性，研究成果具有廣泛的推廣價(jià)值，特別是在小水電資源豐富的地區(qū)。下一步工作中，本課題組計(jì)劃組織清遠(yuǎn)供電局各分、子對(duì)所轄10kV小水電混合線路供電區(qū)域電壓質(zhì)量的實(shí)際工況進(jìn)