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

1   損失加大的原因

通過觀察現(xiàn)場表計，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)后發(fā)電機的有功表計和系統(tǒng)的無功表計飛速轉(zhuǎn)動，而發(fā)電機的無功和系統(tǒng)的有功表計基本不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動很慢。這說明并網(wǎng)后發(fā)電機發(fā)出的全是有功功率，發(fā)電機的運行狀態(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°，這時發(fā)電機向電網(wǎng)上輸出的是容性無功功率，也就是說發(fā)電機向電網(wǎng)中吸取感性無功功率。由于電網(wǎng)負荷主要是感性負荷，因而這種運行狀態(tài)就加重了電網(wǎng)的無功負擔；由于發(fā)電機向電網(wǎng)吸收的感性無功，且在電網(wǎng)與發(fā)電機間進行交換，在交換過程中就形成了大量的有功損耗。

2   小水電單獨對負荷區(qū)供電與并網(wǎng)運行的區(qū)別

2.1   小水電電網(wǎng)單獨對負荷區(qū)供電

當用戶感性負荷增加時發(fā)電機內(nèi)部氣隙磁場減弱，輸出電壓急速下降甚至瓦解。這時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)負荷增加情況及時調(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于一個無限大的電網(wǎng)，發(fā)電機端電壓基本不變，用戶的感性負荷對于一個相當大容量的電網(wǎng)來說基本無影響，更不影響其發(fā)電機的輸出電壓（因大電網(wǎng)電壓起作用），這時不需要加大發(fā)電機的勵磁電流，則可達到滿發(fā)有功的目的。同時，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)電機的勵磁措施不到位。據(jù)了解，有些發(fā)電機雖有比較先進的自動勵磁裝置，但值班人員有意關掉該系統(tǒng)，而啟用手動勵磁裝置，使勵磁電流減小。這種狀態(tài)當發(fā)電機滿負荷輸出有功功率時必然為“欠勵磁”運行狀態(tài)，而“欠勵磁”狀態(tài)時發(fā)電機只能向電網(wǎng)吸收感性無功。

2.3.2   小水電大部分發(fā)電機只有手動勵磁功能，這樣，當值班人員在啟動發(fā)電機時，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)電機的空載電壓、頻率和大電網(wǎng)參數(shù)一致時合閘并網(wǎng)，并網(wǎng)后則加大水輪機導水葉的開啟角度，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)運行。

2.3.3   大電網(wǎng)對小水電難以實現(xiàn)有效的技術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，值班人員錯誤認為向電網(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)電機在“欠勵磁”狀態(tài)下運行，加重大電網(wǎng)中的無功負擔，造成不應有的有功損耗。根據(jù)發(fā)電機內(nèi)部磁勢的合成機理，當勵磁電流增加后，發(fā)電機的空載電動勢增大，由于電網(wǎng)電壓不變，所以在發(fā)電機定子繞組中出現(xiàn)了電壓差，這個電壓差將在發(fā)電機定子繞組內(nèi)產(chǎn)生電流Is，Is在相位上比電壓差滯后90°，這種運行狀態(tài)屬發(fā)電機的“過勵磁”狀態(tài)，即認為發(fā)電機向電網(wǎng)輸出了感性無功功率，這是我們希望的運行狀態(tài)。但無功電量的輸出，只是一種能量交換的模式，它并不消耗水輪機的輸入功率，所以原則上增大勵磁電流不會影響發(fā)電機的有功輸出。有功輸出能力只與輸入功率大小有關，即與水輪發(fā)電機導水葉開啟角度的大小有關。所以應及時調(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)運行。

3   解決的辦法

發(fā)電機的勵磁電流應根據(jù)輸出有功功率的增加而相應調(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)電機的不合理運行狀態(tài)，惟一有效辦法是運用當前先進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，由設備檢測后指令斷路器解列與電網(wǎng)分離。由于負荷的功率因數(shù)在不斷地變化，則要求檢測設備應有1~5 min的延時功能，即檢測某個時刻功率因數(shù)超過設定值時，發(fā)電機可在1~5 min內(nèi)自動解列，這時迫使小水電值班人員迅速關機。

檢測設備的功率因數(shù)解列延時是動態(tài)模式，如運行狀態(tài)在一定時間范圍內(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，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   檢測控制設備的安裝地點及接線

安裝位置應選在并網(wǎng)計量點的前一基桿或后一基桿上，以并網(wǎng)側(cè)無大電網(wǎng)用戶負荷為準。接線應以發(fā)電側(cè)為電源側(cè)，電網(wǎng)側(cè)為負荷側(cè)，確保檢測出的功率因數(shù)為發(fā)電機發(fā)出的準確數(shù)值。檢測功率因數(shù)（設定范圍為0.7~0.85）超過設置1~5 min時，斷路器應可靠跳閘使發(fā)電機解列。

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