農村小水電接入配電網后的電壓控制與運行調整策略
——評《小型水電站運行與維護》

朱然楷

楊中瑞主編中國水利水電出版社出版

隨著社會經濟不斷發展，我國民生工程建設范圍愈發廣泛，水電站作為民生工程的關鍵項目，為工農業生產和居民生活用電提供了重要保障。 為提高社會用電效率，在農村建立小型水電站（下文簡稱小水電）并引入配電網，從而豐富社會用電儲備，成為備受關注的可行之策。 鑒于農村小水電本身存在的局限，將其接入配電網后的電壓控制以及電網運行安全程度都會受到影響。 因此，分析農村小水電接入配電網后的電壓控制與運行調整成為小型水電工程必須考慮的重要問題。 由楊中瑞主編、中國水利水電出版社于2018 年2 月出版的《小型水電站運行與維護》一書，詳細介紹了小水電的設備運維、電壓控制、工程管理等，為小水電接入配電網的研究提供了理論依據，具有重要參考價值。

《小型水電站運行與維護》共分為十三章：第一章介紹水電站的整體運行，通過水工建筑物以及機電設備的安全運行實現正常發電、輸送；第二章與第三章為水輪機的運維；第四章介紹調速器的運維，可以實現對電源功率的精準控制，最大限度發揮電能效率；第五章為勵磁裝置的運維；第六章與第七章為自動化元件以及輔助設備的運維，主要介紹自動化儀器在水電站中的重要作用以及維護措施；第八章與第九章為高低壓輸配以及變壓器等設備運維；第十章與第十一章介紹廠用電負荷系統以及直流系統的運維；第十二章描述水電站微機監控保護系統；第十三章補充介紹管理小水電的有效措施。

不同于大型水電站，農村小水電的運行維護機制并不完善，其工程項目建設通常由當地企業自行設計實施，缺乏專業指導，不僅水電站實際生產效率較為低下，其水電資源的利用也不徹底。 此外，農村小水電的管理與運行未受到應有重視，相關工作人員不能很好地開展機械設備的巡檢、維護等工作，導致水電站的發電效率與質量難以達到標準。 受上述條件限制，農村小水電在接入配電網后，容易出現電壓不穩定、功率分配不平衡等問題，而且農村小水電的發電受氣候制約，在豐水期發電極易導致電壓過高，而枯水期卻容易發生電壓過低的狀況。 因此，當小水電接入配電網后，電壓控制以及電網運行的優化便成為難題。 基于此，我國電力學者、建筑學者進行了深入研究，并提出以下三個方面調控措施。

第一，限制農村小水電接入配電網的準入容量。 小水電接入配電網后，會直接影響整個電網的電壓、電流以及功率大小，嚴重影響當地居民用電，而控制接入配電網的規模，可以有效實現配電網的安全運行，保障當地用電效率。 研究發現，不同接入容量會影響線路傳輸效率，導致線路節點電壓發生變化，當小水電接入容量增大時，電壓會逐漸上升，超過一定限度則會完全崩潰，導致配電網安全出現較大隱患。 因此，在農村小水電接入配電網時，必須準確計算其容量，確定準入容量限度，不超過安全范圍方可接入。

第二，利用線路電壓調節器進行電壓調節。 通常來說，小水電并入配電網都是利用分布式發電進行并網，通過線路連接不同變壓器實現電壓分配，形成網狀分布。 小水電并入配電網后，電源系統以并聯形式組成，一旦功率變動就會引起電壓變化。 因此，利用線路電壓調節器可以有效調節配電網的電壓波動，當電壓偏高時，線路調節器以并聯電抗的形式分擔部分線路電壓，降低節點電壓，保證該節點能正常發揮作用；當電壓偏低時，線路電壓調節器可以串聯電抗的形式發揮作用，增強某一段路線的節點電壓。 利用線路電壓調節器可以快速、有效調整線路節點電壓，從而提升電路電力資源的分配與利用效果。 但線路調節器的作用并非僅局限于此，其設計原理極其復雜，能調節其在功率、電荷、電路距離、電線阻力等多個影響因素共同作用下所發揮的作用。

第三，農村小水電接入位置的選擇以及線路保護。 上文討論了農村小水電的準入容量以及接入后電壓調節的有效措施，但小水電的接入位置以及線路截面面積也會影響接入后的電壓控制。 通常來說，在首端接入不會對配電網電壓造成過大影響，末端接入則會導致電壓過高，因此小水電接入配電網時宜選擇首端作為接入位置。 此外，線路截面面積越大，其阻抗越小，因此在農村小水電接入配電網時，可通過更換線路進行電壓控制，但實際操作過程中工程耗時較長且花費過高，只適用于短線路電網系統。

總之，農村小水電接入配電網后的電壓控制相對復雜，目前我國水電工程采取多項措施調節控制其電壓，以保障電網的安全運行，但社會用電的電網質量與運行效率不僅受電壓、功率等直接影響，機電設備、水工建筑等也會影響其實際效果，隨著技術的進一步發展和管理水平的提高，未來關于小水電接入配電網后的安全運行必定會發展得更加成熟。