小水電的并網(wǎng)在一定程度上緩解了大電網(wǎng)電力供應(yīng)的不足，同時(shí)因發(fā)電上網(wǎng)的不合理性，加大了并網(wǎng)線路的電力損失。特別是目標(biāo)管理責(zé)任到人后，由此引起的矛盾，一直困擾著管理人員。怎樣解決這一難題，我們進(jìn)行了多年的探索。

1   損失加大的原因

通過觀察現(xiàn)場表計(jì)，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)的有功表計(jì)和系統(tǒng)的無功表計(jì)飛速轉(zhuǎn)動，而發(fā)電機(jī)的無功和系統(tǒng)的有功表計(jì)基本不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動很慢。這說明并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)發(fā)出的全是有功功率，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)屬“欠勵磁”狀態(tài)，其定子線圈的電流Is在相位上比電壓U超前90°，這時(shí)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)上輸出的是容性無功功率，也就是說發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)中吸取感性無功功率。由于電網(wǎng)負(fù)荷主要是感性負(fù)荷，因而這種運(yùn)行狀態(tài)就加重了電網(wǎng)的無功負(fù)擔(dān)；由于發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)吸收的感性無功，且在電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)間進(jìn)行交換，在交換過程中就形成了大量的有功損耗。

2   小水電單獨(dú)對負(fù)荷區(qū)供電與并網(wǎng)運(yùn)行的區(qū)別

2.1   小水電電網(wǎng)單獨(dú)對負(fù)荷區(qū)供電

當(dāng)用戶感性負(fù)荷增加時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部氣隙磁場減弱，輸出電壓急速下降甚至瓦解。這時(shí)需要加大勵磁電流來穩(wěn)定電壓，如果沒有自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，則值班人員根據(jù)負(fù)荷增加情況及時(shí)調(diào)節(jié)勵磁電流，以保持電壓穩(wěn)定和足夠的功率輸出。

2.2   小水電與大電網(wǎng)并網(wǎng)

由于大電網(wǎng)對于小水電來說相當(dāng)于一個(gè)無限大的電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)端電壓基本不變，用戶的感性負(fù)荷對于一個(gè)相當(dāng)大容量的電網(wǎng)來說基本無影響，更不影響其發(fā)電機(jī)的輸出電壓（因大電網(wǎng)電壓起作用），這時(shí)不需要加大發(fā)電機(jī)的勵磁電流，則可達(dá)到滿發(fā)有功的目的。同時(shí)，又從網(wǎng)上吸收大量無功功率，因而使并網(wǎng)線路功率因數(shù)降低（據(jù)觀察可降至0.2左右），造成有功損失增大。

2.3   引起小水電并網(wǎng)不發(fā)無功的原因

2.3.1   最主要的是發(fā)電機(jī)的勵磁措施不到位。據(jù)了解，有些發(fā)電機(jī)雖有比較先進(jìn)的自動勵磁裝置，但值班人員有意關(guān)掉該系統(tǒng)，而啟用手動勵磁裝置，使勵磁電流減小。這種狀態(tài)當(dāng)發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷輸出有功功率時(shí)必然為“欠勵磁”運(yùn)行狀態(tài)，而“欠勵磁”狀態(tài)時(shí)發(fā)電機(jī)只能向電網(wǎng)吸收感性無功。

2.3.2   小水電大部分發(fā)電機(jī)只有手動勵磁功能，這樣，當(dāng)值班人員在啟動發(fā)電機(jī)時(shí)，只有手動調(diào)節(jié)甚至不調(diào)節(jié)勵磁電流，單靠起始很小的建立空載電壓的電流，使發(fā)電機(jī)的空載電壓、頻率和大電網(wǎng)參數(shù)一致時(shí)合閘并網(wǎng)，并網(wǎng)后則加大水輪機(jī)導(dǎo)水葉的開啟角度，使其滿載輸出有功功率，并沒有根據(jù)輸出有功大小相應(yīng)調(diào)節(jié)無功輸出的比例，即沒有按功率因數(shù)保持在0.8左右的比例并網(wǎng)運(yùn)行。

2.3.3   大電網(wǎng)對小水電難以實(shí)現(xiàn)有效的技術(shù)管理和人為因素并存。由以上分析可知：值班人員很容易不按要求就并網(wǎng)滿負(fù)荷發(fā)電，大電網(wǎng)對小水電上網(wǎng)管理沒有有效的制約手段和措施。另外，值班人員錯(cuò)誤認(rèn)為向電網(wǎng)發(fā)無功必然影響有功輸出，有意將勵磁電流調(diào)至最小，造成發(fā)電機(jī)在“欠勵磁”狀態(tài)下運(yùn)行，加重大電網(wǎng)中的無功負(fù)擔(dān)，造成不應(yīng)有的有功損耗。根據(jù)發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁勢的合成機(jī)理，當(dāng)勵磁電流增加后，發(fā)電機(jī)的空載電動勢增大，由于電網(wǎng)電壓不變，所以在發(fā)電機(jī)定子繞組中出現(xiàn)了電壓差，這個(gè)電壓差將在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)產(chǎn)生電流Is，Is在相位上比電壓差滯后90°，這種運(yùn)行狀態(tài)屬發(fā)電機(jī)的“過勵磁”狀態(tài)，即認(rèn)為發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出了感性無功功率，這是我們希望的運(yùn)行狀態(tài)。但無功電量的輸出，只是一種能量交換的模式，它并不消耗水輪機(jī)的輸入功率，所以原則上增大勵磁電流不會影響發(fā)電機(jī)的有功輸出。有功輸出能力只與輸入功率大小有關(guān)，即與水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)水葉開啟角度的大小有關(guān)。所以應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)勵磁電流，使其有功、無功比例在合理范圍內(nèi)并網(wǎng)運(yùn)行。

3   解決的辦法

發(fā)電機(jī)的勵磁電流應(yīng)根據(jù)輸出有功功率的增加而相應(yīng)調(diào)節(jié)（即在合理范圍內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電），現(xiàn)有的制度和措施已不能有效控制人為造成發(fā)電機(jī)的不合理運(yùn)行狀態(tài)，惟一有效辦法是運(yùn)用當(dāng)前先進(jìn)的科技手段自動檢測，即按功率因數(shù)在0.8左右的數(shù)值設(shè)定，控制高壓斷路器與大電網(wǎng)的自動投切。若超過該范圍，由設(shè)備檢測后指令斷路器解列與電網(wǎng)分離。由于負(fù)荷的功率因數(shù)在不斷地變化，則要求檢測設(shè)備應(yīng)有1~5 min的延時(shí)功能，即檢測某個(gè)時(shí)刻功率因數(shù)超過設(shè)定值時(shí)，發(fā)電機(jī)可在1~5 min內(nèi)自動解列，這時(shí)迫使小水電值班人員迅速關(guān)機(jī)。

檢測設(shè)備的功率因數(shù)解列延時(shí)是動態(tài)模式，如運(yùn)行狀態(tài)在一定時(shí)間范圍內(nèi)符合要求或不符合要求都沒有解列指令，解列后再次投入則是靜態(tài)模式，每次解列都要經(jīng)過固定的延時(shí)，方可使斷路器重新合閘，以保障小水電的正常并網(wǎng)發(fā)電。

4   檢測控制設(shè)備的安裝地點(diǎn)及接線

安裝位置應(yīng)選在并網(wǎng)計(jì)量點(diǎn)的前一基桿或后一基桿上，以并網(wǎng)側(cè)無大電網(wǎng)用戶負(fù)荷為準(zhǔn)。接線應(yīng)以發(fā)電側(cè)為電源側(cè)，電網(wǎng)側(cè)為負(fù)荷側(cè)，確保檢測出的功率因數(shù)為發(fā)電機(jī)發(fā)出的準(zhǔn)確數(shù)值。檢測功率因數(shù)（設(shè)定范圍為0.7~0.85）超過設(shè)置1~5 min時(shí)，斷路器應(yīng)可靠跳閘使發(fā)電機(jī)解列。

在高壓斷路器的選擇上應(yīng)考慮使用戶外真空斷路器，以保證各小水電電網(wǎng)切除負(fù)荷電流的需要。為了穩(wěn)妥，各地在運(yùn)用斷路器自動檢測控制設(shè)備時(shí)，可先安裝一臺小水電并網(wǎng)設(shè)備。如果理想，再對各水電站全部安裝并網(wǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全方位控制。