一种改善10kV小水电供电线路电压质

一种改善10kV小水电供电线路电压质量的方法研究摘要:大力开发山区及农村地区小水电是发展分布式发电及清洁能源的重要途径,但是大量小水电集中上网，向电网输送功率的同时,会给电网电压合格率、损耗控制以及继电保护等造成较为严重的影响。结合广东地区电网的现状，分析了造成电压偏高的原因,并对电网进行了建模计算,针对性的提出了提高电压质量的技术调整方案。计算结果表明,所提方案对改善广东地区电网电压偏高有明显的作用。关键词:小水电;电压质量;Abstract:Itisoneofthemostimportantwaystodevelopdistributedgenerationandcleanenergythatexploitssmallhydropowerinmountainousandruralareas.Alargenumberofsmalldistributedhydropowerconcentrativeshaveaccesstothepowertransmissiongrid,whichcausesagreatimpactonguangdonggrid’svoltage,netloss,securityandsoon.Inthispaper,thereasonswhyvoltagevaluegoesbeyondthelimitareanalyzedaccordingtothestatusquoofregionalpowernetworksinguangdong,Basedonthemodelingandcomputationofthegrid,theoperatingmodeandtheprogramfocusingontheproblemsarepresented,thecalculationresultsshowthattheproposedprogramhasasignificanteffectontheimprovementofvoltageprobleminGuangdongPowerNetwork.Keywords:smallhydropower;voltagequality;一、前言提高电能质量是电力企业的一项重要任务，广大偏远山区经过几年大规模的电网建设与改造，10kV以及低压电网已得到极大的改善，绝大部分配电变压器由高损耗更换为低损耗变压器，提高了供电质量。但是由于农网改造资金有限，尤其是部分偏远地区超供电半径的问题，不可能采用大量的高压配网布点的途径解决，仍存在一定数量供电半径超过国家规定的远距离线路，线路末端电压难以保证，功率因数达不到要求，线损较大。尤其随着经济的飞速发展，山区小水电发展比较快，特别是当水资源充足时，除可满足本地电网的用电需求之外，还有十分富余的电能可向电网输送。但小水电为将电能送出会抬高水电站出口电压，导致线路电压偏高；而当枯水期，则需依赖电网供电，线路末端电压又偏低。针对这种情况，国内普遍使用的线路单向自动电压调整器已无法满足供电需求，为了更好地供好电、服好务、解决部分小水电丰富地区的电压不稳定问题，根据市场需求和用户的具体要求，需研制出一种适用于带小水电供电系统的调压装置来解决局部线路的电压质量问题。本文主要针对含小水电的配电线路所存在的电压质量问题，以广东清远地区的供电线路为研究基础，提出了一种使用电容电抗并补调压方式来解决此问题的方案。二、清远局小水电电网现状2.1清远地区电网基本情况以及存在的主要问题清远电网小水电资源丰富，小水电站共有1400多座，对充分利用地方资源、保障电力供应发挥了巨大的作用。清远电网小水电站约有80%是通过发电机端电压0.4kV升压到10kV上网，由于多数小水电站上网10kV线路长、结构相对薄弱，在丰水期大量小水电上网时，普遍导致有小水电站上网的10kV线路供电电压偏高，局部严重偏高，甚至严重影响用电设备安全运行。2.2电压异常的原因分析（1）丰枯矛盾突出。（2）小水电缺乏统一的监管调度。（3）变压器的配置不合理。（4）部分35kV变压器为无载调压。三、目前解决线路电压异常的主要措施为了保证电压质量，中低压配电网中的主要调压目前的措施有以下五个方面：（1）改变变压器的变比；（2）改善线路的无功功率；（3）改变线路参数；（4）新建变电站；（5）调压变压器上述五种调压方法各自都有优点，也有许多不足之处，下面从我们现状出发对上述几种调压方式进行比较分析。调节主变压器的输出电压的方法灵活性、针对性差。而针对带有小水电的供电线路在丰水期电压偏高的问题，调节主变的分接位置，对供电线路中后端的电压影响调小，调压效果差。采用无功补偿主要是提高线路的功率因数，调压效果很有限，更不能解决有小水电供电线路的电压高的问题。改变电路参数，增大导线截面，合理减少系统的阻抗只是在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中才比较有效，一般情况不宜采用。在电压偏低或偏高的地方新建变电站工程造价高，而且得不到好的经济效益，就我国目前情况，建设大量变电站不太实际。调压变压器在单电源供电系统上运用较广，但对潮流变化的供电网络需对其进行必要的改进，以适应多电源系统的需要。经过以上的比较分析，安装一种技术上可行、经济实用的适合具有小水电供电网络的自动调压设备是偏远地区农网改造的迫切需求。四、电容电抗并补原理和效果4.1电力系统的无功功率对电压的影响在电力系统运行中，要求电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络无功损耗之和相等。即：现以一发电机经过一段线路向负荷供电来说明无功电源对电压的影响。略去各元件电阻，用Ｘ表示发电机电抗与线路电抗之和，等值电路如图2所示，并根据等值电路图作出发电机端电压与负荷侧电压关系的相量图3：图2：发电机与复合关系的等值电路图图3发电机端电压与复合电压关系的向量图根据图3可以确定发电机送到负荷节点的功率为：当P为一定时，得：（1－3）当电势Ｅ为一定值时，根据式（1－3）可作出无功功率Ｑ与电压Ｕ的关系图，如图4中的曲线１：图4：无功功率平衡确定电压由图可知，Ｑ－Ｕ关系是一条向下的抛物线，而负荷的主要成分是异步电动机，其无功电压特性如图中的曲线２所示。曲线１与曲线２的交点a确定了负荷节点的电压值Ｕa，即系统在电压Ｕa下达到了无功功率的平衡。当负荷增加时，其无功电压特性如曲线２'所示，如果系统的无功电源没有相应增加（即发电机励磁电流不变，电势也就不变），电源的无功特性仍然是曲线１，这时曲线１和曲线２'的交点a'就代表了新的无功平衡点，并由此决定了负荷点的电压为Ｕa'，显然Ｕa'〈Ｕa，这说明负荷增加后，系统的电源已不能满足在电压Ｕa下无功平衡的需要，因而只好降低电压运行，以取得在较低电压下的无功平衡。如果发电机具有充足的无功备用，通过调节励磁电流增大发电机电势Ｅ，则发电机的无功特性曲缍将上移到曲线１’的位置，从而使曲线１’与曲线２’由此可见，系统中的无功电源对系统中的电压的影响为当无功电源比较充足时，能满足较高电压水平下的无功需要，系统就有较高的运行电压水平；反之，无功不足就反映为运行电压水平偏低。因此我们可以根据线路无功功率对电压的影响，以此通过在线路进行上并联电容电抗对线路电压进行调整。效果分析枯水期无功电压分析当输电线路或变压器传输功率时，电流将在线路或变压器阻抗上产生电压损耗，下面以一条输电线路为例来分析这个问题。如图5所示，该图表示一段输电线路的单相等值电路，其中R、X分别为一相的电阻和等值电抗，U1、U2为首未端相电压，I为线路中流过的相电流。图5线路单相等值电路图6向量图为了说明问题，我们作出向量图，以线路末端电压U2为参考轴，设线路电流I为正常的阻感性负荷电流，它滞后于U2一个角度f，电流流过线路电阻产生一个电压降IR，它与电流向量同方向，同时，线路电流也在线路上产生一个电压降IX，它超前于电流向量90,U1就是U2、IR、IX三个电压的和，如图6所示。从向量图可知，线路的电压损耗为电压和之和，从图中可知，=IRcosf，=IXsinf，所以线路的电压损耗为=+=I(Rcosf+Xsinf)，如果电流I用线路末端的单相功率S和电压U2来表示，即P=U2Icosf,Q=U2Isinf则可得：=(PR+QX)/U2由此可见，电压损耗由两部分组成，即有功功率在电阻上的压降和无功功率在电抗上的压降。由电压损耗表达式=(PR+QX)/U2可知，在为了使电压损耗降低可使Q值降低，因此线路上可以通过改变线路无功功率来改善线路电压。丰水期无功电压分析图7带小水电电力系统图清远电网小水电站大多数T接于10kV供电线路，由于多数小水电站上网10kV线路长、结构相对薄弱，在丰水期由于大量小水电上网时，普遍导致有小水电站上网的10kV线路供电电压偏高，局部严重偏高，甚至严重影响用电设备安全运行，为使电压降低，因此此时需要增大电压降落的纵分量，因次在线路上并联电抗使无功需求增加以此来降低线路电压。根据电压降计算公式=(PR+QX)/U2可求出并联电抗X的值，以此增加线路的电压降，使安装点电压保持在一个合格的范围内。因为线路电压为改变线路无功功率平衡来调节电压，因此电容电抗并补设备的安装点尽量选择负荷集中处，或线路的中段，这样可发挥最大调压效果。电力系统中无功功率的平衡，直接影响电压的质量。为保证电压质量，满足用户的用电要求，在枯水期系统中必须有充足的无功电源备用。当系统中的无功功率不能满足无功负荷的需要时，就得调整无功功率的输出，对线路进行无功补偿，减少从变电站流入的无功功率，从而调整负荷侧电压，以改善电压的偏移；在丰水期由于线路小水电的存在导致线路电压过高，此时应该对线路上并联电抗，以增加感性无功来增大线路电压损耗，达到降低电压的目地。五对具有小水电电网建设与改造的建议目前水电在国民经济中的地位和作用日益突出，我们要充分认识小水电建设对我国民经济拉动和扩大就业的作用，认真落实可持续发展战略，大力发展绿色水电这一支柱工业，不断加大水力资源开发力度，增加小水电建设投入，实现水电产业可持续发展。在此对小水电电网建设与改造有几点建议：1.枯水期变电站将母线电压抬高，丰水期将母线电压降低；2.对于小水电数目较多并且集中的地区可专线直接上网；3.小水电站地理位置尽可能选择距变电站较近的地方修建；4.加强对小水电站监控和协调调度，对无检测与计量的小水电进行改造；5.总体规划水电资源的开发，强化有序开发小水电，规范小水电建设程序，建立统一、高效的水电开发机制，做到小水电资源的合理开发与利用，避免小水电资源浪费。6.建立小水电自供网络。将电网建设与电站建设同步进行，做到站网结合，努力发挥小水电优势。

六、结论电压是电能质量的重要指标之一，电压关系到电网的安全与经济运行，对保证用户安全和产品质量以及电气设备的安全与使用寿命至关重要。无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。虽然感性无功补偿在总量上不及容性无功补偿，但二者都对电压产生重要影响，同等重要不可偏废。实际上电力系统的电压调整是一个复杂的综合性问题，系统中各点电压与线路中的无功功率时互相关联的。所以各种调压措施要相互配合，使全系统电压均满足要求。本课题采用技术创新结合传统方法，经济而有效方法来提高电压质量，可使电网运行稳定、提高用户用电可靠性。同时，本课题针对的问题在广东电网具有一定的普遍性，研究成果具有广泛的推广价值，特别是在小水电资源丰富的地区。下一步工作中，本课题组计划组织清远供电局各分、子对所辖10kV小水电混合线路供电区域电压质量的实际工况进