解析小水电并网引起并网线路功率损失增大原因
2013/5/27 8:31:20 新闻来源：汇能资讯
小水电的并网在一定程度上缓解了大电网电力供应的不足，同时因发电上网的不合理性，加大了并网线路的电力损失。特别是目标管理责任到人后，由此引起的矛盾，一直困扰着管理人员。怎样解决这一难题，我们进行了多年的探索。
1 损失加大的原因
通过观察现场表计，发现并网后发电机的有功表计和系统的无功表计飞速转动，而发电机的无功和系统的有功表计基本不转或转动很慢。这说明并网后发电机发出的全是有功功率，发电机的运行状态属“欠励磁”状态，其定子线圈的电流Is在相位上比电压U超前90°，这时发电机向电网上输出的是容性无功功率，也就是说发电机向电网中吸取感性无功功率。由于电网负荷主要是感性负荷，因而这种运行状态就加重了电网的无功负担；由于发电机向电网吸收的感性无功，且在电网与发电机间进行交换，在交换过程中就形成了大量的有功损耗。
2 小水电单独对负荷区供电与并网运行的区别
2.1 小水电电网单独对负荷区供电
当用户感性负荷增加时发电机内部气隙磁场减弱，输出电压急速下降甚至瓦解。这时需要加大励磁电流来稳定电压，如果没有自动励磁调节系统，则值班人员根据负荷增加情况及时调节励磁电流，以保持电压稳定和足够的功率输出。
2.2 小水电与大电网并网
由于大电网对于小水电来说相当于一个无限大的电网，发电机端电压基本不变，用户的感性负荷对于一个相当大容量的电网来说基本无影响，更不影响其发电机的输出电压（因大电网电压起作用），这时不需要加大发电机的励磁电流，则可达到满发有功的目的。同时，又从网上吸收大量无功功率，因而使并网线路功率因数降低（据观察可降至0.2左右），造成有功损失增大。
2.3 引起小水电并网不发无功的原因
2.3.1 最主要的是发电机的励磁措施不到位。据了解，有些发电机虽有比较先进的自动励磁装置，但值班人员有意关掉该系统，而启用手动励磁装置，使励磁电流减小。这种状态当发电机满负荷输出有功功率时必然为“欠励磁”运行状态，而“欠励磁”状态时发电机只能向电网吸收感性无功。
2.3.2 小水电大部分发电机只有手动励磁功能，这样，当值班人员在启动发电机时，只有手动调节甚至不调节励磁电流，单靠起始很小的建立空载电压的电流，使发电机的空载电压、频率和大电网参数一致时合闸并网，并网后则加大水轮机导水叶的开启角度，使其满载输出有功功率，并没有根据输出有功大小相应调节无功输出的比例，即没有按功率因数保持在0.8左右的比例并网运行。
2.3.3 大电网对小水电难以实现有效的技术管理和人为因素并存。由以上分析可知：值班人员很容易不按要求就并网满负荷发电，大电网对小水电上网管理没有有效的制约手段和措施。另外，值班人员错误认为向电网发无功必然影响有功输出，有意将励磁电流调至最小，造成发电机在“欠励磁”状态下运行，加重大电网中的无功负担，造成不应有的有功损耗。根据发电机内部磁势的合成机理，当励磁电流增加后，发电机的空载电动势增大，由于电网电压不变，所以在发电机定子绕组中出现了电压差，这个电压差将在发电机定子绕组内产生电流Is，Is在相位上比电压差滞后90°，这种运行状态属发电机的“过励磁”状态，即认为发电机向电网输出了感性无功功率，这是我们希望的运行状态。但无功电量的输出，只是一种能量交换的模式，它并不消耗水轮机的输入功率，所以原则上增大励磁电流不会影响发电机的有功输出。有功输出能力只与输入功率大小有关，即与水轮发电机导水叶开启角度的大小有关。所以应及时调节励磁电流，使其有功、无功比例在合理范围内并网运行。
3 解决的办法
发电机的励磁电流应根据输出有功功率的增加而相应调节（即在合理范围内并网发电），现有的制度和措施已不能有效控制人为造成发电机的不合理运行状态，惟一有效办法是运用当前先进的科技手段自动检测，即按功率因数在0.8左右的数值设定，控制高压断路器与大电网的自动投切。若超过该范围，由设备检测后指令断路器解列与电网分离。由于负荷的功率因数在不断地变化，则要求检测设备应有1~5 min的延时功能，即检测某个时刻功率因数超过设定值时，发电机可在1~5 min内自动解列，这时迫使小水电值班人员迅速关机。
检测设备的功率因数解列延时是动态模式，如运行状态在一定时间范围内符合要求或不符合要求都没有解列指令，解列后再次投入则是静态模式，每次解列都要经过固定的延时，方可使断路器重新合闸，以保障小水电的正常并网发电。
4 检测控制设备的安装地点及接线
安装位置应选在并网计量点的前一基杆或后一基杆上，以并网侧无大电网用户负荷为准。接线应以发电侧为电源侧，电网侧为负荷侧，确保检测出的功率因数为发电机发出的准确数值。检测功率因数（设定范围为0.7~0.85）超过设置1~5 min时，断路器应可靠跳闸使发电机解列。
在高压断路器的选择上应考虑使用户外真空断路器，以保证各小水电电网切除负荷电流的需要。为了稳妥，各地在运用断路器自动检测控制设备时，可先安装一台小水电并网设备。如果理想，再对各水电站全部安装并网设备，实现全方位控制。
1 损失加大的原因
通过观察现场表计，发现并网后发电机的有功表计和系统的无功表计飞速转动，而发电机的无功和系统的有功表计基本不转或转动很慢。这说明并网后发电机发出的全是有功功率，发电机的运行状态属“欠励磁”状态，其定子线圈的电流Is在相位上比电压U超前90°，这时发电机向电网上输出的是容性无功功率，也就是说发电机向电网中吸取感性无功功率。由于电网负荷主要是感性负荷，因而这种运行状态就加重了电网的无功负担；由于发电机向电网吸收的感性无功，且在电网与发电机间进行交换，在交换过程中就形成了大量的有功损耗。
2 小水电单独对负荷区供电与并网运行的区别
2.1 小水电电网单独对负荷区供电
当用户感性负荷增加时发电机内部气隙磁场减弱，输出电压急速下降甚至瓦解。这时需要加大励磁电流来稳定电压，如果没有自动励磁调节系统，则值班人员根据负荷增加情况及时调节励磁电流，以保持电压稳定和足够的功率输出。
2.2 小水电与大电网并网
由于大电网对于小水电来说相当于一个无限大的电网，发电机端电压基本不变，用户的感性负荷对于一个相当大容量的电网来说基本无影响，更不影响其发电机的输出电压（因大电网电压起作用），这时不需要加大发电机的励磁电流，则可达到满发有功的目的。同时，又从网上吸收大量无功功率，因而使并网线路功率因数降低（据观察可降至0.2左右），造成有功损失增大。
2.3 引起小水电并网不发无功的原因
2.3.1 最主要的是发电机的励磁措施不到位。据了解，有些发电机虽有比较先进的自动励磁装置，但值班人员有意关掉该系统，而启用手动励磁装置，使励磁电流减小。这种状态当发电机满负荷输出有功功率时必然为“欠励磁”运行状态，而“欠励磁”状态时发电机只能向电网吸收感性无功。
2.3.2 小水电大部分发电机只有手动励磁功能，这样，当值班人员在启动发电机时，只有手动调节甚至不调节励磁电流，单靠起始很小的建立空载电压的电流，使发电机的空载电压、频率和大电网参数一致时合闸并网，并网后则加大水轮机导水叶的开启角度，使其满载输出有功功率，并没有根据输出有功大小相应调节无功输出的比例，即没有按功率因数保持在0.8左右的比例并网运行。
2.3.3 大电网对小水电难以实现有效的技术管理和人为因素并存。由以上分析可知：值班人员很容易不按要求就并网满负荷发电，大电网对小水电上网管理没有有效的制约手段和措施。另外，值班人员错误认为向电网发无功必然影响有功输出，有意将励磁电流调至最小，造成发电机在“欠励磁”状态下运行，加重大电网中的无功负担，造成不应有的有功损耗。根据发电机内部磁势的合成机理，当励磁电流增加后，发电机的空载电动势增大，由于电网电压不变，所以在发电机定子绕组中出现了电压差，这个电压差将在发电机定子绕组内产生电流Is，Is在相位上比电压差滞后90°，这种运行状态属发电机的“过励磁”状态，即认为发电机向电网输出了感性无功功率，这是我们希望的运行状态。但无功电量的输出，只是一种能量交换的模式，它并不消耗水轮机的输入功率，所以原则上增大励磁电流不会影响发电机的有功输出。有功输出能力只与输入功率大小有关，即与水轮发电机导水叶开启角度的大小有关。所以应及时调节励磁电流，使其有功、无功比例在合理范围内并网运行。
3 解决的办法
发电机的励磁电流应根据输出有功功率的增加而相应调节（即在合理范围内并网发电），现有的制度和措施已不能有效控制人为造成发电机的不合理运行状态，惟一有效办法是运用当前先进的科技手段自动检测，即按功率因数在0.8左右的数值设定，控制高压断路器与大电网的自动投切。若超过该范围，由设备检测后指令断路器解列与电网分离。由于负荷的功率因数在不断地变化，则要求检测设备应有1~5 min的延时功能，即检测某个时刻功率因数超过设定值时，发电机可在1~5 min内自动解列，这时迫使小水电值班人员迅速关机。
检测设备的功率因数解列延时是动态模式，如运行状态在一定时间范围内符合要求或不符合要求都没有解列指令，解列后再次投入则是静态模式，每次解列都要经过固定的延时，方可使断路器重新合闸，以保障小水电的正常并网发电。
4 检测控制设备的安装地点及接线
安装位置应选在并网计量点的前一基杆或后一基杆上，以并网侧无大电网用户负荷为准。接线应以发电侧为电源侧，电网侧为负荷侧，确保检测出的功率因数为发电机发出的准确数值。检测功率因数（设定范围为0.7~0.85）超过设置1~5 min时，断路器应可靠跳闸使发电机解列。
在高压断路器的选择上应考虑使用户外真空断路器，以保证各小水电电网切除负荷电流的需要。为了稳妥，各地在运用断路器自动检测控制设备时，可先安装一台小水电并网设备。如果理想，再对各水电站全部安装并网设备，实现全方位控制。
