國外發(fā)電機組主變壓器分接頭選擇

陳平，鄒杰，魏華棟

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南250013）

國外發(fā)電機組主變壓器分接頭選擇

陳平，鄒杰，魏華棟

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南250013）

針對近年來國外發(fā)電廠單元接線主變壓器分接頭的選擇問題，基于ETAP軟件仿真建模，進行潮流分析，結(jié)合工程實例，給出變壓器調(diào)壓方式、調(diào)壓范圍及中間抽頭電壓的確定方法，闡明與國內(nèi)工程選擇方法的不同之處，滿足IEEE Std C57.116標(biāo)準的要求。

潮流分析；變壓器分接頭；單元接線

0 引言

目前，國內(nèi)外大中型機組中發(fā)電機變壓器一般采用單元制接線，該接線方式中主變壓器分接頭的選擇是接入系統(tǒng)設(shè)計的一項重要內(nèi)容。國內(nèi)工程一般是根據(jù)SD 329—1989《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》以及GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》要求來選擇變壓器分接頭，對發(fā)電機出口不設(shè)GCB單元接線，一般選擇無勵磁調(diào)壓方式；對發(fā)電機出口設(shè)GCB單元接線，一般選擇有載調(diào)壓方式，分接頭調(diào)壓范圍主要考慮系統(tǒng)電壓對廠用電母線電壓影響。但在國外工程中單元接線主變壓器分接頭的選擇，尤其是采用美國標(biāo)準的工程，要求變壓器分接范圍應(yīng)在系統(tǒng)電壓波動范圍內(nèi)，在發(fā)出所有有功功率前提下滿足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)對發(fā)電機無功出力要求［1］。變壓器分接頭調(diào)壓范圍與電廠無功出力、電壓變化密切相關(guān)［2-4］，一般通過分析潮流計算結(jié)果選擇變壓器分接頭。文獻［5］給出ETAP軟件在國外發(fā)電廠有載調(diào)壓分接頭選擇中的應(yīng)用，但對潮流變化過程和需考慮的因素分析不足。

結(jié)合工程實例，利用ETAP軟件建模仿真，對各種工況進行潮流計算，通過潮流分析確定變壓器分接頭選擇的方法與需考慮的各種因素。

1 變壓器分接頭選擇方法

在發(fā)電機變壓器單元接線工程中，變壓器分接頭調(diào)壓范圍可用潮流公式來計算［1］：

式中：Vs為變壓器高壓側(cè)電壓（系統(tǒng)電壓）；Vg為發(fā)電機機端電壓；P為發(fā)電機發(fā)出的有功功率；Q為發(fā)電機發(fā)出或吸收的無功功率；S為變壓器的額定容量；RT、XT為變壓器在額定分接頭下的電阻與電抗值。

由式（1）可看出，變壓器分接頭調(diào)壓范圍與發(fā)電機機端電壓、發(fā)電機發(fā)出的有功功率、無功功率以及系統(tǒng)電壓有重要關(guān)系。通過分析各種工況下的潮流計算結(jié)果，可確定工程中的變壓器分接頭調(diào)壓范圍及中間抽頭電壓。

變壓器分接頭選擇的流程如圖1所示。首先進行工程建模，進而根據(jù)實際要求設(shè)定工況，設(shè)定中間抽頭電壓，然后設(shè)定該工況下分接頭位置，再進行潮流計算，完成計算后對結(jié)果進行分析，從而確認各母線電壓是否在約束條件內(nèi)，判斷是否選出合適分接頭。

圖1 變壓器分接頭選擇流程

2 工程模型及邊界條件

2.1 工程概況

以菲律賓某工程為例，建設(shè)1×135 MW機組，發(fā)電機額定電壓13.8 kV，機組以發(fā)電機變壓器單元接線方式接入230 kV母線，發(fā)電機出口設(shè)置斷路器。機組設(shè)1臺雙繞組廠用變壓器和1臺引自230 kV備用檢修變壓器，采用有載調(diào)壓。中壓4.16 kV，設(shè)2段母線，低壓0.46 kV。

2.2 邊界條件

根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)以及設(shè)備運行情況規(guī)定電壓的波動范圍，該工程中，運行邊界條件如表1所示。

表1 各系統(tǒng)電壓邊界

2.3 接入系統(tǒng)要求

根據(jù)表1中230 kV系統(tǒng)電壓波動范圍，要求機組分別能在功率因數(shù)滯相0.85和進相0.9的情況下正常運行，即要求變壓器能在發(fā)電機輸出所有有功功率時輸出83.666 Mvar無功或吸收65.383 Mvar無功，同時滿足廠用電負荷要求［1］。

3 仿真分析

3.1 基于ETAP軟件仿真模型

因發(fā)電機機端電壓影響中低壓廠用電系統(tǒng)電壓，需將該工程整個系統(tǒng)在ETAP軟件中建模。模型主要數(shù)據(jù)為：系統(tǒng)側(cè)標(biāo)稱電壓230 kV，短路容量18 364 MVA（外方提供），系統(tǒng)側(cè)輸入點設(shè)置為平衡節(jié)點；發(fā)電機額定電壓13.8 kV，額定輸出功率135 MW，主變壓器額定容量170 MVA，阻抗電壓14%，分接頭步長設(shè)為1.25%，高廠變額定容量23 MVA，短路阻抗11%，無勵磁調(diào)壓，中低壓電動機數(shù)據(jù)輸入根據(jù)工藝專業(yè)負荷確定（廠用總有功負荷為16 MW，總無功負荷為12 Mvar）。

主變壓器中間抽頭電壓可設(shè)為經(jīng)驗值，也可設(shè)為ETAP仿真軟件中優(yōu)化變壓器分接頭模塊的推薦值［2］，采用前者，暫定為230 kV。

3.2 仿真案例

結(jié)合系統(tǒng)電壓波動范圍，分析該發(fā)電廠運行工況［1］。當(dāng)發(fā)電廠230 kV母線電壓在95%～105%范圍內(nèi)波動時，發(fā)電機能夠輸出83.666 Mvar無功或吸收65.383 Mvar無功。但考慮到電廠實際運行情況，當(dāng)發(fā)電廠230 kV母線電壓低于100%時，發(fā)電機不可能運行在發(fā)出無功工況；同理，當(dāng)發(fā)電廠230 kV母線電壓高于100%時，發(fā)電機不可能運行在吸收無功工況。按照文獻［1］要求對發(fā)電機出口設(shè)GCB，主變壓器承擔(dān)起動機組作用時，還需考慮系統(tǒng)側(cè)電壓對廠用設(shè)備的影響。綜上所述，選取案例，見表2。

表2 研究案例

3.3 仿真結(jié)果分析

對上述案例利用ETAP模型仿真，得出在不同工況下變壓器分接頭位置，如表3所示。

表3 各工況主變壓器分接頭位置

由于模型較為復(fù)雜，僅選取部分工況下潮流仿真結(jié)果。LF01工況下主變分接頭位置為11.25%和12.5%時的潮流分布如圖2、圖3所示。

圖2 主變分接頭位置為11.25%潮流分布

圖3 主變分接頭位置為12.5%潮流分布圖

4 國內(nèi)外工程方法比較

國內(nèi)工程中，主變壓器采用無勵磁調(diào)壓方式；如果主變壓器承載啟動機組功能，分接頭的選擇一般由倒送電啟動工況決定。

但在國外工程中，倒送電啟動工況并不是選取主變壓器分接頭的決定條件。主變壓器采用無勵磁調(diào)壓方式不滿足IEEE標(biāo)準要求，必須采用有載調(diào)壓方式。考慮到實際運行中發(fā)電機機端電壓應(yīng)盡量維持在100%附近，變壓器分接頭上限可取11.25%，下限可取-11.25%，預(yù)留備用分接位置后，建議主變壓器采用中間抽頭電壓230 kV，調(diào)壓范圍-12.5%～12.5%。如上、下調(diào)壓范圍差別較大，則可重新設(shè)置中間抽頭電壓，繼續(xù)進行潮流分析，直至正負分接頭的數(shù)值較為相近，以便滿足變壓器分接頭實際制造要求。如電網(wǎng)電壓波動范圍較小，不考慮廠用電負荷影響，選擇無勵磁調(diào)壓方式有可能滿足發(fā)電機發(fā)出吸收無功能力，文獻［1］中fig.6～11給出系統(tǒng)電壓為固定值時選擇無勵磁調(diào)壓方式的可行性。

5 結(jié)語

針對國外發(fā)電廠單元接線中主變壓器分接頭選擇問題，結(jié)合工程實例，根據(jù)IEEE標(biāo)準，基于ETAP軟件潮流分析，詳細給出了變壓器調(diào)壓方式、分接頭調(diào)壓范圍及中間抽頭電壓的確定方法，為今后國外工程中發(fā)電廠主變壓器分接頭的選擇提供參考。

［1］IEEE Std C57-116TM—2014，Guide for Transformers Directly Connect to Generators［S］.USA：The institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc，2014

［2］周鵬程，衛(wèi)志農(nóng)，王成亮，等.優(yōu)化設(shè)置變壓器分接頭的新算法［J］.華東電力，2011，39（2）：208-212.

［3］趙晉泉，張伯明.連續(xù)潮流及其在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定分析中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2011，29（11）：91-97.

［4］張伯明，陳壽孫，嚴正，等.高等電力網(wǎng)絡(luò)分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

［5］劉麗影，李雪松，吳尚志，等.基于ETAP仿真的國外發(fā)電廠主變壓器有載調(diào)壓分接頭選擇研究［J］.吉林電力，2012，40（3）：1-3.

Transformer Tap Selection of Generating Set in Power Plants Abroad

CHEN Ping，ZOU jie，WEI Huadong
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd，Jinan 250013，China）

With respect to the selection of main transformer tap in the unit connection of power plants abroad in recent years，based on ETAP simulation modeling，flow analysis is carried out by means of combination with actual engineering example. Methods to determine transformer voltage regulation mode，tap voltage range and intermediate voltage tap have been provided，and differences with domestic project have been expounded which meet the requirements IEEE Std C57.116.

flow analysis；generator transformer tap；unit connection

TM403.4；TM402

B

1007－9904（2015）06－0069－03

2015-03-10

陳平（1981），女，工程師，從事發(fā)電廠電氣設(shè)計工作；鄒杰（1979），女，工程師，從事發(fā)電廠電氣設(shè)計工作；魏華棟（1978），男，高級工程師，從事發(fā)電廠電氣設(shè)計工作。