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摘 要：本文通过对现行小水电并网、计量方式的分析，探索出一种有价值的改进方式。通过对改进前后的比较、分析，论证了改善现行运行方式、改良计量方案的可行性。通过测算，得出了在2～5年能创造出纯收益的结论。
关键词：小水电 运行 计量 改进 措施
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0053-02
随着电力企业精益化管理的进步，粗放管理痕迹亟待改进。以前，在电力系统安全与经济运行平衡结合点的选择上，还存在一定不够精细之处，有待重新定位。比如小水电与大电网并网方式中，常常存在过于偏重安全、忽略经济运行的情况。笔者通过深入观察身边的工作环境实况，细致分析、创新思维，解决了问题，发现了出路，确定了恰当而合理的改进方式。
1 现状分析
目前，对小水电并网点的计量多采用上下网同一套计量设备，设置在升压变电站高压侧，经电压、电流互感器变压变流后接电能表，以正向为上网，反向为下网的方式。此方式而有利有弊，分析如下。
1.1 弊端分析
（1）受制于计量装置的灵敏度，计量下网用电负荷时，误差很大。由于采用同一套计量装置，不可能同时兼顾到上下网的负载情况，其设计参考依据往往就仅能顾及上网负载，按照上网时的额定负荷选取电流互感器的规格。而在下网时，实际负荷就很小，就会受制于计量装置的灵敏度，导致计量准确性大幅度降低。
（2）在下网时，运行方式不经济，损耗大、效率低。升压变压器转换为降压变压器，其容量很大，与实际负荷不匹配，存在“大马拉小车”现象。变压器严重轻载的现象，过多消耗系统无功功率，产生不必要的变压器损耗。
1.2 有利方面
节省设备，运行方式简单。因为仅采用一套计量装置，只采用一台升压变压器（反向运行时作降压变压器），上下网兼用，单点单线连接，节省了线路、开关，运行方式简单可靠。
2 运行方式与计量方案的改进
根据小水电上网和下网负荷差别过大的特点，将其一分为二，分别以独立的电气回路运行，在两条独立回路中分别根据其额定容量配置计量设备，这样就能大大提高计量准确度。
当水电厂发电，处于上网期间时，升压站高压侧断路器闭合，厂用变高压侧断路器断开，按上网潮流方向流向方式运行。升压站高压侧电能计量装置计量其发电量。当水电厂停止发电，处于检修停发状态时，升压站高压侧断路器断开，厂用变高压侧断路器闭合，按下网潮流方向流向方式运行。厂用变电能计量装置计量其下网用电量。
改进之后的利弊分析。
2.1 利益
与改进前相比，弊即转为利：
（1）.运行方式更经济合理。在下网运行方式下，停运了升压站主升压变，避免了大容量变压器的空载、轻载运行方式，降低了损耗，提高了效率。
（2）提高了计量装置的准确度，有利于市场交易的公平性。改进后，计量装置不再受灵敏度的限制，下网小负荷由10KV中压配网供给，其计量装置的选配与实际用电负荷更匹配，准确性大幅度提高，促进市场交易的公平性。
2.2 弊端
需要增大一次性投资：为了使上下网分离运行，需要在公共配网上引入一条10kV中压配网的电源，增加了线路、开关等设备。运行方式要求较高：为保证运行安全，应要求上下网用电（或发电）设备的分离。
3 技术经济比较
3.1 改进增加的投资
如按上述措施予以改进，需要增加一路10kV中压配电电源，包括高压配电屏、配电线路、厂用变（增加或替换一台10/0.38kV的厂用变，即将6/0.38kV的厂用变替换为10/0.38kV）。
假设其检修停发期间的检修及日常用电负荷为500kVA，线路为1～4km（山区地形）。此时增加的投资为：一台10kV高压开关、1～4km10kV线路（山区地形），一台500kVA（10/0.38kV）变压器。按2012年电力工程预算标准计算，其增加投资为：21×1+6.8+2.3=30.1万元；21×4+6.8+2.3=93.1万元。在大约30.1～93.1万元之间。如只是替换厂用变，投资中应减去厂用变部分，大约为：23.3～86.3万元之间。
3.2 改进后产生的收益
3.2.1 变压器高损耗带来的损失
（1）替换厂用变：由于厂用变不论是否发电，常年处于运行状态，其变损情况基本不变。
某水电站升压站主变压器选型为：S11-50000kVA/220kV，。假定每年有180d停发，则有：
有功损耗=有功空载损耗×24×变压器运行天数+负荷波动损耗系数×负载系数的平方×有功负载损耗×24×变压器运行天数）。忽略负载损耗则：有功损耗≈有功空载损耗×24×变压器运行天数=35.2kW×24×180=152064kWh。
（2）增加厂用变：此情况通常为升压变压器和厂用变轮流停运。此时可应考虑停运升压变压器节省的变损和新增厂用变运行时的变损。二者之差为总节省的变损。有功损耗=有功损耗1-有功损耗2
按新增厂用变选型为S11-500/10为准计算：有功损耗2=有功空载损耗2×24×变压器运行天数+负荷波动损耗系数×负载系数的平方×有功负载损耗×24×变压器运行天数）。设定负载系数平均值为0.4则：有功损耗2=有功空载损耗×24×变压器运行天数+负荷波动损耗系数×负载系数的平方×有功负载损耗×24×变压器运行天数）=0.68kW×24×180+1.05×0.42×5.41×24×180=6864kWh。
有功損耗=有功损耗1-有功损耗2=145200kWh。
以0.6元/kWh的电价计算，每年节省的变压器损耗经济效益为：145200×0.6=87120或152064×0.6=81238元。
3.2.2 计量灵敏度低，计量误差造成的少计量损失（供电企业）
按水电站停发期间的平均用电负荷计算，取其负载系数为0.4，则：平均功率=500×0.4=200kW，年均用电量=200*24*180=864000kWh。 某水电站关口计量点配置的计量装置为：电压互感器为220/0.1kV，准确度0.2；电流互感器为600/1A，准确0.2S；电能表为3×57.7/100V、3×1.5（6）A，准确度0.5S。此套计量装置所计的额定负荷=220×600×5=660000kW，而实际负荷仅为500kW。二者有数量等级之差别。
其计量装置运行状态分析：
500kW在6kV侧的电流：
I低=P/U/√3=500/6/√3=48.11A
折算到220kV侧的电流（即电流互感器一次侧电流）：
I高=I低/k=48.11/（220/6）=1.31A
占电流互感器额定电流的比值：kl=1.31/600=0.00218，
即0.218%。
电流互感器二次侧电流（即流经电能表的电流）：
I表=1.31/600=0.00218A
占电能表标定电流的比值：0.00218/1.5=0.00146，即0.146%。
按电流互感器、电能表的检定规程规定，其计量误差限值在1%额定电流以下时已无误差要求。根据二者的误差负载曲线，可以判定在此超轻载情况下，计量误差严重偏负，造成少计电量，影响了发电、供电、用电之间的公平交易。
上图为测量用电流互感器及电能表误差负载曲线图。根据上述情况，可判定其实际负载误差工作点时，计量装置误差偏差很大。取值其值为-21%，可计算出少计电量为：
△W=W0×21%=864000×0.21=181440kWh
以0.6元/kWh的電价计算，每年因计量误差少计收的电费为：181440×0.6=108864元。
3.2.3 总收益（如图1）
总经济效益（替换厂用变）=108864+87120=195984元，或总经济效益（新增厂用变）=108864+81238=190102元
3 投资收益对比
（1）如果10kV中压配网引接电源距离近，在1公里左右时，其投资大约在23.3～30.1万元，按每年19万元的增加收益，在两年内能收到纯效益。
（2）如果10kV中压配网引接电源距离近，在4km左右时，其投资大约在86.3～93.1万元，按每年19万元的增加收益，在五年内能收到纯效益。
4 结论
经创造性的改进，将其上网与下网分离成单独运行的模式，对运行安全的影响不大，而能产生明显的经济效益，有利于提高计量精度，有利于节约能源，增加能效。经过投资收益比较，能在二至五年内产生纯收益。因此，此套改进方案值得推广。
参考文献
[1] 电能计量.
[2] 测量用电流互感器.
[3] 电能表检定规程.
[4] 电能计量装置技术管理规程.
[5] 电力工程概预算.
关键词：小水电 运行 计量 改进 措施
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0053-02
随着电力企业精益化管理的进步，粗放管理痕迹亟待改进。以前，在电力系统安全与经济运行平衡结合点的选择上，还存在一定不够精细之处，有待重新定位。比如小水电与大电网并网方式中，常常存在过于偏重安全、忽略经济运行的情况。笔者通过深入观察身边的工作环境实况，细致分析、创新思维，解决了问题，发现了出路，确定了恰当而合理的改进方式。
1 现状分析
目前，对小水电并网点的计量多采用上下网同一套计量设备，设置在升压变电站高压侧，经电压、电流互感器变压变流后接电能表，以正向为上网，反向为下网的方式。此方式而有利有弊，分析如下。
1.1 弊端分析
（1）受制于计量装置的灵敏度，计量下网用电负荷时，误差很大。由于采用同一套计量装置，不可能同时兼顾到上下网的负载情况，其设计参考依据往往就仅能顾及上网负载，按照上网时的额定负荷选取电流互感器的规格。而在下网时，实际负荷就很小，就会受制于计量装置的灵敏度，导致计量准确性大幅度降低。
（2）在下网时，运行方式不经济，损耗大、效率低。升压变压器转换为降压变压器，其容量很大，与实际负荷不匹配，存在“大马拉小车”现象。变压器严重轻载的现象，过多消耗系统无功功率，产生不必要的变压器损耗。
1.2 有利方面
节省设备，运行方式简单。因为仅采用一套计量装置，只采用一台升压变压器（反向运行时作降压变压器），上下网兼用，单点单线连接，节省了线路、开关，运行方式简单可靠。
2 运行方式与计量方案的改进
根据小水电上网和下网负荷差别过大的特点，将其一分为二，分别以独立的电气回路运行，在两条独立回路中分别根据其额定容量配置计量设备，这样就能大大提高计量准确度。
当水电厂发电，处于上网期间时，升压站高压侧断路器闭合，厂用变高压侧断路器断开，按上网潮流方向流向方式运行。升压站高压侧电能计量装置计量其发电量。当水电厂停止发电，处于检修停发状态时，升压站高压侧断路器断开，厂用变高压侧断路器闭合，按下网潮流方向流向方式运行。厂用变电能计量装置计量其下网用电量。
改进之后的利弊分析。
2.1 利益
与改进前相比，弊即转为利：
（1）.运行方式更经济合理。在下网运行方式下，停运了升压站主升压变，避免了大容量变压器的空载、轻载运行方式，降低了损耗，提高了效率。
（2）提高了计量装置的准确度，有利于市场交易的公平性。改进后，计量装置不再受灵敏度的限制，下网小负荷由10KV中压配网供给，其计量装置的选配与实际用电负荷更匹配，准确性大幅度提高，促进市场交易的公平性。
2.2 弊端
需要增大一次性投资：为了使上下网分离运行，需要在公共配网上引入一条10kV中压配网的电源，增加了线路、开关等设备。运行方式要求较高：为保证运行安全，应要求上下网用电（或发电）设备的分离。
3 技术经济比较
3.1 改进增加的投资
如按上述措施予以改进，需要增加一路10kV中压配电电源，包括高压配电屏、配电线路、厂用变（增加或替换一台10/0.38kV的厂用变，即将6/0.38kV的厂用变替换为10/0.38kV）。
假设其检修停发期间的检修及日常用电负荷为500kVA，线路为1～4km（山区地形）。此时增加的投资为：一台10kV高压开关、1～4km10kV线路（山区地形），一台500kVA（10/0.38kV）变压器。按2012年电力工程预算标准计算，其增加投资为：21×1+6.8+2.3=30.1万元；21×4+6.8+2.3=93.1万元。在大约30.1～93.1万元之间。如只是替换厂用变，投资中应减去厂用变部分，大约为：23.3～86.3万元之间。
3.2 改进后产生的收益
3.2.1 变压器高损耗带来的损失
（1）替换厂用变：由于厂用变不论是否发电，常年处于运行状态，其变损情况基本不变。
某水电站升压站主变压器选型为：S11-50000kVA/220kV，。假定每年有180d停发，则有：
有功损耗=有功空载损耗×24×变压器运行天数+负荷波动损耗系数×负载系数的平方×有功负载损耗×24×变压器运行天数）。忽略负载损耗则：有功损耗≈有功空载损耗×24×变压器运行天数=35.2kW×24×180=152064kWh。
（2）增加厂用变：此情况通常为升压变压器和厂用变轮流停运。此时可应考虑停运升压变压器节省的变损和新增厂用变运行时的变损。二者之差为总节省的变损。有功损耗=有功损耗1-有功损耗2
按新增厂用变选型为S11-500/10为准计算：有功损耗2=有功空载损耗2×24×变压器运行天数+负荷波动损耗系数×负载系数的平方×有功负载损耗×24×变压器运行天数）。设定负载系数平均值为0.4则：有功损耗2=有功空载损耗×24×变压器运行天数+负荷波动损耗系数×负载系数的平方×有功负载损耗×24×变压器运行天数）=0.68kW×24×180+1.05×0.42×5.41×24×180=6864kWh。
有功損耗=有功损耗1-有功损耗2=145200kWh。
以0.6元/kWh的电价计算，每年节省的变压器损耗经济效益为：145200×0.6=87120或152064×0.6=81238元。
3.2.2 计量灵敏度低，计量误差造成的少计量损失（供电企业）
按水电站停发期间的平均用电负荷计算，取其负载系数为0.4，则：平均功率=500×0.4=200kW，年均用电量=200*24*180=864000kWh。 某水电站关口计量点配置的计量装置为：电压互感器为220/0.1kV，准确度0.2；电流互感器为600/1A，准确0.2S；电能表为3×57.7/100V、3×1.5（6）A，准确度0.5S。此套计量装置所计的额定负荷=220×600×5=660000kW，而实际负荷仅为500kW。二者有数量等级之差别。
其计量装置运行状态分析：
500kW在6kV侧的电流：
I低=P/U/√3=500/6/√3=48.11A
折算到220kV侧的电流（即电流互感器一次侧电流）：
I高=I低/k=48.11/（220/6）=1.31A
占电流互感器额定电流的比值：kl=1.31/600=0.00218，
即0.218%。
电流互感器二次侧电流（即流经电能表的电流）：
I表=1.31/600=0.00218A
占电能表标定电流的比值：0.00218/1.5=0.00146，即0.146%。
按电流互感器、电能表的检定规程规定，其计量误差限值在1%额定电流以下时已无误差要求。根据二者的误差负载曲线，可以判定在此超轻载情况下，计量误差严重偏负，造成少计电量，影响了发电、供电、用电之间的公平交易。
上图为测量用电流互感器及电能表误差负载曲线图。根据上述情况，可判定其实际负载误差工作点时，计量装置误差偏差很大。取值其值为-21%，可计算出少计电量为：
△W=W0×21%=864000×0.21=181440kWh
以0.6元/kWh的電价计算，每年因计量误差少计收的电费为：181440×0.6=108864元。
3.2.3 总收益（如图1）
总经济效益（替换厂用变）=108864+87120=195984元，或总经济效益（新增厂用变）=108864+81238=190102元
3 投资收益对比
（1）如果10kV中压配网引接电源距离近，在1公里左右时，其投资大约在23.3～30.1万元，按每年19万元的增加收益，在两年内能收到纯效益。
（2）如果10kV中压配网引接电源距离近，在4km左右时，其投资大约在86.3～93.1万元，按每年19万元的增加收益，在五年内能收到纯效益。
4 结论
经创造性的改进，将其上网与下网分离成单独运行的模式，对运行安全的影响不大，而能产生明显的经济效益，有利于提高计量精度，有利于节约能源，增加能效。经过投资收益比较，能在二至五年内产生纯收益。因此，此套改进方案值得推广。
参考文献
[1] 电能计量.
[2] 测量用电流互感器.
[3] 电能表检定规程.
[4] 电能计量装置技术管理规程.
[5] 电力工程概预算.