朱澤忠 ，彭自友 ，梅詠武 ，葉鋒圖

（1.梅州市嘉安電力設(shè)計(jì)有限公司，廣東 梅州 514000;2.廣東電網(wǎng)梅州供電局，廣東 梅州 514000）

小水電作為一種無(wú)污染、可循環(huán)利用的能源，投資少、技術(shù)成熟、開(kāi)發(fā)成本較低。但小水電的大量接入，對(duì)配電網(wǎng)的供電可靠性、線損、電壓質(zhì)量等方面帶來(lái)影響。對(duì)小水電進(jìn)行發(fā)供分離，能有效提升配電網(wǎng)線路的供電可靠性，對(duì)配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)，也具有明顯優(yōu)勢(shì)。

1 小水電接入對(duì)配電網(wǎng)的影響

1.1 設(shè)備運(yùn)維方面的影響

小水電一般地處偏遠(yuǎn)，分布較為分散，通常處于地區(qū)負(fù)荷較低、經(jīng)濟(jì)相對(duì)欠發(fā)達(dá)地方，一般在配電網(wǎng)線路中間或末端接入系統(tǒng)，運(yùn)維難度大。

1.2 對(duì)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(wǎng)，使得現(xiàn)有配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變成了較為復(fù)雜的多電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路故障時(shí)，直接重合閘將給上網(wǎng)水電機(jī)組造成沖擊，影響系統(tǒng)穩(wěn)定。線路跳閘后，短時(shí)間內(nèi)上網(wǎng)小水電與線路上用戶(hù)孤島運(yùn)行，當(dāng)水電出力大于用電負(fù)荷時(shí)，易出現(xiàn)高壓、高頻的情況，直接影響電用戶(hù)的設(shè)備安全，甚至導(dǎo)致用電設(shè)備燒毀。

小水電站由于運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量不到位，設(shè)備水平差，易導(dǎo)致全線用戶(hù)停電的事故發(fā)生，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的供電可靠性。

1.3 對(duì)電壓質(zhì)量的影響

一些小水電并網(wǎng)時(shí)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(dāng)水電出力大于用電負(fù)荷時(shí)，小水電發(fā)出的電能無(wú)法就地平衡，為保證電能順利送出，電站通過(guò)提高上網(wǎng)電壓來(lái)抵消線路上的壓降，導(dǎo)致線路電壓抬高?？菟跁r(shí)，小水電機(jī)組出力大大降低，且由于部分線路長(zhǎng)、線徑小，導(dǎo)致線路末端電壓偏低。

1.4 對(duì)線損的影響

小水電接入對(duì)配電網(wǎng)的線損影響主要有以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)小水電出力小于線路用電負(fù)荷時(shí)，上網(wǎng)線路功率損耗最小。因?yàn)樾∷娚暇W(wǎng)電量可以就近消納，線路上潮流降低，線損也隨之下降。（2）當(dāng)小水電出力大于線路用電負(fù)荷時(shí)，多余電量將上送至配電網(wǎng)，導(dǎo)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(chǎn)生的功率損耗。（3）當(dāng)小水電出力大于線路用電負(fù)荷時(shí)，且無(wú)功出力不足時(shí)，線路上產(chǎn)生的功率損耗將增大。當(dāng)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功時(shí)，線路產(chǎn)生的線損也越大。

2 小水電發(fā)供分離的優(yōu)勢(shì)

2.1 有效提升配電網(wǎng)的供電可靠性

通過(guò)小水電發(fā)供分離，當(dāng)小水電出現(xiàn)故障，自動(dòng)化開(kāi)關(guān)將動(dòng)作，對(duì)故障自動(dòng)隔離，避免故障影響用電安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(hù)數(shù)為14383 戶(hù)，其中，中壓用戶(hù)187，低壓用戶(hù)14196。故障的小水電中，已經(jīng)完成發(fā)供分離的有86 座，計(jì)劃“十四五”期間完成38 座。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)發(fā)供分離的小水電，再未出現(xiàn)故障導(dǎo)致用戶(hù)停電事故。

2.2 有效解決線路過(guò)電壓

小水電發(fā)電線路與用電線路被分離開(kāi)，將根本解決發(fā)電與供電共線導(dǎo)致的過(guò)電壓?jiǎn)栴}。當(dāng)線路故障跳閘，通過(guò)安裝自動(dòng)化斷路器，小水電過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，小水電及時(shí)與電網(wǎng)解列，避免由于發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)導(dǎo)致機(jī)端電壓過(guò)高，保護(hù)線路用電設(shè)備安全。

2.3 有助于降低線損

小水電通過(guò)新建線路，實(shí)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(guò)小等問(wèn)題；且新建線路一般位于負(fù)荷中心，發(fā)電線路與供電線路分開(kāi)后，可促進(jìn)小水電出力與用電負(fù)荷相匹配，從而達(dá)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(duì)新建并網(wǎng)的小水電，在簽訂并網(wǎng)協(xié)議、調(diào)度協(xié)議時(shí)，明確小水電須安裝電壓頻率綜合切機(jī)裝置。對(duì)存量的小水電，結(jié)合配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)，要求小水電進(jìn)行改造，確保線路故障跳閘時(shí)小水電可靠切機(jī)。對(duì)于小水電較多的地區(qū)，接入中壓線路時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮將小水電集中在一條分支線或?qū)＞€上網(wǎng)，支線首端安裝自動(dòng)化斷路器，實(shí)現(xiàn)分支線發(fā)供分離。對(duì)于已經(jīng)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(hù)功能、配置雙側(cè)TV 的自動(dòng)化斷路器裝置，有效隔離小水電故障。

3.2 發(fā)供分離技術(shù)原則

與周邊現(xiàn)有線路資源或新建線路調(diào)整網(wǎng)架，通過(guò)建立獨(dú)立的發(fā)電線路與獨(dú)立的供電線路，實(shí)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(dú)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(dòng)化斷路器，并盡量調(diào)整至線路末端，實(shí)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(dòng)化斷路器

在無(wú)法實(shí)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(tái)區(qū)無(wú)法轉(zhuǎn)移到其他公用線路上的前提下，直接設(shè)置自動(dòng)化斷路器實(shí)現(xiàn)發(fā)供分離。當(dāng)線路上小水電出力小于用電負(fù)荷，且水電站數(shù)量較少，可考慮在水電站接入端安裝自動(dòng)化斷路器。當(dāng)線路上水電出力大于用電負(fù)荷，線路主要以水電發(fā)電為主，可考慮在公用臺(tái)區(qū)接入端加裝自動(dòng)化斷路器。當(dāng)小水電滿(mǎn)載情況下其出力仍小于線路負(fù)荷最小負(fù)載時(shí)，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性論證，小水電故障時(shí)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)沖擊較小，不會(huì)引起電網(wǎng)故障，可考慮不實(shí)現(xiàn)發(fā)供分離。

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

通過(guò)新建線路，線路側(cè)重于從負(fù)荷較重的母線出線，根據(jù)小水電與負(fù)荷分布情況，綜合考慮采用新建線路實(shí)現(xiàn)主干線發(fā)供分離或者新建線路割接負(fù)荷后，實(shí)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(fù)載率、運(yùn)行年限、線路運(yùn)維。降低線損從以下幾方面考慮：

合理調(diào)整小水電上網(wǎng)功率因數(shù)。當(dāng)負(fù)荷水平較低時(shí)，水電站應(yīng)提高功率因數(shù)運(yùn)行；當(dāng)負(fù)荷水平處于高峰時(shí)，水電站應(yīng)降低功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)無(wú)功功率。

對(duì)殘舊、線徑過(guò)小的高損線路進(jìn)行升級(jí)改造，通過(guò)降低上網(wǎng)線路的電阻達(dá)到降低線損的目的，該方法須綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性。

控制小水電發(fā)電出力。豐水期小水電出力大，當(dāng)大于用電負(fù)荷時(shí)，多余電量倒送至電網(wǎng)，增加線路損耗。對(duì)于有調(diào)節(jié)能力的小水電，可在低谷時(shí)段限制小水電發(fā)電出力，減少倒送電量，降低線損。

嚴(yán)格把關(guān)小水電并網(wǎng)，并網(wǎng)點(diǎn)靠近負(fù)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(diào)節(jié)原則

3.4.1 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置調(diào)壓

在枯水期大負(fù)荷場(chǎng)景下，可在線路安裝電容器來(lái)補(bǔ)償無(wú)功，減小線路中的無(wú)功傳輸，通過(guò)無(wú)功就地平衡來(lái)調(diào)節(jié)電壓。在豐水期小負(fù)荷場(chǎng)景下，小水電有功倒送嚴(yán)重，可在小水電站內(nèi)安裝并聯(lián)電抗器，通過(guò)吸收配電網(wǎng)的無(wú)功，抵消倒送的有功在電阻產(chǎn)生的壓降來(lái)調(diào)節(jié)電壓[3]。

3.4.2 更換導(dǎo)線截面調(diào)壓

通過(guò)增加導(dǎo)線截面，降低線路阻抗值，減小線路的壓降，達(dá)到調(diào)壓的目的。但是該方法存在以下問(wèn)題：增加導(dǎo)線截面經(jīng)濟(jì)性較差；有的配電網(wǎng)線路負(fù)載較輕，在枯水期小水電出力較小，原線路滿(mǎn)足系統(tǒng)要求前提下，更換導(dǎo)線造成資源浪費(fèi)；造成長(zhǎng)時(shí)間停電，影響用戶(hù)用電穩(wěn)定性需求[3]。

3.4.3 調(diào)節(jié)變電站母線電壓調(diào)壓

配電網(wǎng)線路過(guò)長(zhǎng)，線路會(huì)產(chǎn)生電壓降，導(dǎo)致線路末端電壓過(guò)低，因此通常將變電站的母線電壓調(diào)高至10.5 kV。小水電接入配電網(wǎng)后，在枯水期大負(fù)荷場(chǎng)景下，仍可通過(guò)調(diào)高母線電壓解決線路末端電壓偏低問(wèn)題。在豐水期小負(fù)荷場(chǎng)景下，降低變電站母線的電壓至9.5 kV，可抵消小水電并網(wǎng)造成的電壓偏高[3]問(wèn)題。

4 結(jié)論及建議

4.1 主要結(jié)論

通過(guò)小水電發(fā)供分離，避免線路故障時(shí)直接重合閘對(duì)上網(wǎng)水電機(jī)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(duì)用戶(hù)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(shí)現(xiàn)，配電網(wǎng)原有發(fā)電線路與用電線路共線問(wèn)題將得到有效解決。當(dāng)線路電壓升高，小水電過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，及時(shí)與電網(wǎng)解列，避免由于發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)導(dǎo)致機(jī)端電壓過(guò)高，保護(hù)用電設(shè)備安全，有效解決過(guò)電壓?jiǎn)栴}。

小水電發(fā)供分離有利于優(yōu)化線損，通過(guò)合理的源荷平衡、合理優(yōu)化接入點(diǎn)，一定程度上避免小水電接入帶來(lái)大量發(fā)電性質(zhì)的線損，同時(shí)發(fā)供分離結(jié)構(gòu)的完善也能快速恢復(fù)非故障影響水電線路的送電，促進(jìn)綠色能源消納。

4.2 存在問(wèn)題及建議

4.2.1 運(yùn)行管理方面

對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞、管理水平不高、自動(dòng)化程度較低、裝機(jī)容量偏小，水能利用率較低、建筑物老化、設(shè)備陳舊、效率低，不滿(mǎn)足政府規(guī)定的可以保留的小水電，應(yīng)按要求實(shí)施整改，甚至拆除。政府應(yīng)提供技術(shù)指引，采用先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備提高小水電站可靠性和管理水平，增加電站效益。

加強(qiáng)并網(wǎng)線路的運(yùn)維，對(duì)于殘舊、線徑過(guò)小的線路進(jìn)行改造。

4.2.2 技術(shù)方面

對(duì)于新增并網(wǎng)小水電，嚴(yán)格按照技術(shù)導(dǎo)則要求進(jìn)行并網(wǎng)審查，在簽訂并網(wǎng)和調(diào)度協(xié)議時(shí)，明確小水電須安裝電壓頻率綜合切機(jī)裝置，在線路合適位置安裝具備過(guò)電壓、高頻解列等保護(hù)功能的自動(dòng)化斷路器裝置，配置雙側(cè)TV，可靠隔離小水電。

大部分小水電位于偏遠(yuǎn)山區(qū)、中壓線路末端，新建線路實(shí)現(xiàn)局部發(fā)供分離造價(jià)高，可實(shí)施性較差，只能通過(guò)直接增加自動(dòng)化斷路器實(shí)現(xiàn)發(fā)供分離。

有的小水電容量較小，地理位置偏遠(yuǎn)，單獨(dú)立項(xiàng)準(zhǔn)入條件不足，且增加自動(dòng)化斷路器經(jīng)濟(jì)性較差。建議結(jié)合網(wǎng)架完善、配電自動(dòng)化改造等項(xiàng)目同步實(shí)施發(fā)供分離改造。

部分容量較小的水電站，目前處于停產(chǎn)狀態(tài)，沒(méi)有明確的退出意向，進(jìn)行發(fā)供分離的經(jīng)濟(jì)性差。應(yīng)明確小水電業(yè)主的經(jīng)營(yíng)意向，確定是否保留小水電，且是否滿(mǎn)足政府規(guī)定的小水電保留的相關(guān)要求，不滿(mǎn)足的按照政府整改要求進(jìn)行整改，結(jié)合中壓配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目同步實(shí)施發(fā)供分離改造。