农村小水电接入配电网后的电压控制与运行调整策略——评《小型水电站运行与维护》

朱然楷

杨中瑞主编中国水利水电出版社出版

随着社会经济不断发展，我国民生工程建设范围愈发广泛，水电站作为民生工程的关键项目，为工农业生产和居民生活用电提供了重要保障。 为提高社会用电效率，在农村建立小型水电站（下文简称小水电）并引入配电网，从而丰富社会用电储备，成为备受关注的可行之策。 鉴于农村小水电本身存在的局限，将其接入配电网后的电压控制以及电网运行安全程度都会受到影响。 因此，分析农村小水电接入配电网后的电压控制与运行调整成为小型水电工程必须考虑的重要问题。 由杨中瑞主编、中国水利水电出版社于2018 年2 月出版的《小型水电站运行与维护》一书，详细介绍了小水电的设备运维、电压控制、工程管理等，为小水电接入配电网的研究提供了理论依据，具有重要参考价值。

《小型水电站运行与维护》共分为十三章：第一章介绍水电站的整体运行，通过水工建筑物以及机电设备的安全运行实现正常发电、输送；第二章与第三章为水轮机的运维；第四章介绍调速器的运维，可以实现对电源功率的精准控制，最大限度发挥电能效率；第五章为励磁装置的运维；第六章与第七章为自动化元件以及辅助设备的运维，主要介绍自动化仪器在水电站中的重要作用以及维护措施；第八章与第九章为高低压输配以及变压器等设备运维；第十章与第十一章介绍厂用电负荷系统以及直流系统的运维；第十二章描述水电站微机监控保护系统；第十三章补充介绍管理小水电的有效措施。

不同于大型水电站，农村小水电的运行维护机制并不完善，其工程项目建设通常由当地企业自行设计实施，缺乏专业指导，不仅水电站实际生产效率较为低下，其水电资源的利用也不彻底。 此外，农村小水电的管理与运行未受到应有重视，相关工作人员不能很好地开展机械设备的巡检、维护等工作，导致水电站的发电效率与质量难以达到标准。 受上述条件限制，农村小水电在接入配电网后，容易出现电压不稳定、功率分配不平衡等问题，而且农村小水电的发电受气候制约，在丰水期发电极易导致电压过高，而枯水期却容易发生电压过低的状况。 因此，当小水电接入配电网后，电压控制以及电网运行的优化便成为难题。 基于此，我国电力学者、建筑学者进行了深入研究，并提出以下三个方面调控措施。

第一，限制农村小水电接入配电网的准入容量。 小水电接入配电网后，会直接影响整个电网的电压、电流以及功率大小，严重影响当地居民用电，而控制接入配电网的规模，可以有效实现配电网的安全运行，保障当地用电效率。 研究发现，不同接入容量会影响线路传输效率，导致线路节点电压发生变化，当小水电接入容量增大时，电压会逐渐上升，超过一定限度则会完全崩溃，导致配电网安全出现较大隐患。 因此，在农村小水电接入配电网时，必须准确计算其容量，确定准入容量限度，不超过安全范围方可接入。

第二，利用线路电压调节器进行电压调节。 通常来说，小水电并入配电网都是利用分布式发电进行并网，通过线路连接不同变压器实现电压分配，形成网状分布。 小水电并入配电网后，电源系统以并联形式组成，一旦功率变动就会引起电压变化。 因此，利用线路电压调节器可以有效调节配电网的电压波动，当电压偏高时，线路调节器以并联电抗的形式分担部分线路电压，降低节点电压，保证该节点能正常发挥作用；当电压偏低时，线路电压调节器可以串联电抗的形式发挥作用，增强某一段路线的节点电压。 利用线路电压调节器可以快速、有效调整线路节点电压，从而提升电路电力资源的分配与利用效果。 但线路调节器的作用并非仅局限于此，其设计原理极其复杂，能调节其在功率、电荷、电路距离、电线阻力等多个影响因素共同作用下所发挥的作用。

第三，农村小水电接入位置的选择以及线路保护。 上文讨论了农村小水电的准入容量以及接入后电压调节的有效措施，但小水电的接入位置以及线路截面面积也会影响接入后的电压控制。 通常来说，在首端接入不会对配电网电压造成过大影响，末端接入则会导致电压过高，因此小水电接入配电网时宜选择首端作为接入位置。 此外，线路截面面积越大，其阻抗越小，因此在农村小水电接入配电网时，可通过更换线路进行电压控制，但实际操作过程中工程耗时较长且花费过高，只适用于短线路电网系统。

总之，农村小水电接入配电网后的电压控制相对复杂，目前我国水电工程采取多项措施调节控制其电压，以保障电网的安全运行，但社会用电的电网质量与运行效率不仅受电压、功率等直接影响，机电设备、水工建筑等也会影响其实际效果，随着技术的进一步发展和管理水平的提高，未来关于小水电接入配电网后的安全运行必定会发展得更加成熟。