淺析自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)在柘林水電廠的應(yīng)用

李 忠，劉丹華

（國(guó)網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠，江西 九江 332000）

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活水平不斷提高，對(duì)電能質(zhì)量也提出了更高的要求。電壓質(zhì)量作為電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。在現(xiàn)在大電網(wǎng)運(yùn)行下，需要對(duì)系統(tǒng)電壓和無(wú)功實(shí)現(xiàn)如下控制：

1）系統(tǒng)電壓必須大于某一最低數(shù)值，以保證電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)的運(yùn)行穩(wěn)定性，以及廠用電的穩(wěn)定運(yùn)行；

2）電網(wǎng)必須具有一定的無(wú)功功率儲(chǔ)備，以保證事故后的系統(tǒng)電壓不低于規(guī)定的數(shù)值，防止出現(xiàn)電壓崩潰事故和同步穩(wěn)定破壞；

3）保證系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的最大數(shù)值，以適應(yīng)電力設(shè)備的絕緣水平和避免變壓器過(guò)飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓；

4）大機(jī)組無(wú)功出力分配必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，單機(jī)無(wú)功必須滿足P-Q曲線，保證機(jī)組安全運(yùn)行；

5）滿足上述電壓條件下，盡可能降低電網(wǎng)的有功功率損耗，以取得經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中最重要的無(wú)功電壓控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，可控制量大，無(wú)論是正常運(yùn)行時(shí)保證電壓水平和緊急控制時(shí)防止電壓崩潰，都起著重要的作用。發(fā)電機(jī)無(wú)功出力與機(jī)端電壓受其勵(lì)磁電流的影響，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過(guò)機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低，勵(lì)磁電流的增減可通過(guò)改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)給定值實(shí)現(xiàn)。所以系統(tǒng)的無(wú)功電壓控制通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)AVC（Automatic Voltage Control）是通過(guò)改變發(fā)電機(jī)AVR的給定值來(lái)改變機(jī)端電壓和發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功的。

1 柘林水電廠AVC基本概述

水電廠自動(dòng)電壓控制（AVC）是指按預(yù)定條件和要求自動(dòng)控制水電廠母線電壓或全電廠無(wú)功功率的技術(shù)。主要是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)對(duì)母線電壓及全廠的無(wú)功進(jìn)行控制，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的條件下，為系統(tǒng)提供可充分利用的無(wú)功功率，減少電廠的功率損耗。AVC可以滿足電力系統(tǒng)對(duì)安全發(fā)電的要求和機(jī)組安全運(yùn)行的要求，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要滿足運(yùn)行人員的一些特殊要求，并且對(duì)全廠無(wú)功、母線電壓的變化及一些非常情況作出迅速反應(yīng)，直接執(zhí)行或提示，使機(jī)組運(yùn)行在優(yōu)化工況。

柘林水電廠是江西電網(wǎng)的主調(diào)峰、調(diào)頻電廠及黑啟動(dòng)的主要備用電源，對(duì)整個(gè)江西電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著極其重要的作用。在江西電網(wǎng)快速發(fā)展的大背景下，對(duì)電壓質(zhì)量提出了更高標(biāo)準(zhǔn)和更嚴(yán)格的要求。為進(jìn)一步提高電網(wǎng)主網(wǎng)的電壓質(zhì)量，降低主網(wǎng)網(wǎng)損，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行在線控制的目標(biāo)，減輕運(yùn)行值班人員人工調(diào)整電壓的勞動(dòng)強(qiáng)度，2010年柘林水電廠完成了對(duì)基于南瑞公司SJ-3000 監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作，正式投入運(yùn)行。

2 AVC使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其分析

2.1 遇到的問(wèn)題

依據(jù)國(guó)家電監(jiān)會(huì)華中監(jiān)管局華中電監(jiān)市場(chǎng)價(jià)財(cái)[2011]200號(hào)文件：1）當(dāng)無(wú)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，電壓越限免于考核。2）機(jī)組無(wú)功出力或進(jìn)相深度達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求后，電壓仍不合格，免于考核的規(guī)定。

柘林水電廠AVC 控制方式在當(dāng)?shù)乜刂葡逻\(yùn)行，在使用過(guò)程中，電壓合格率仍舊偏低。主要是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)220 kVⅠ母與Ⅱ母壓差過(guò)大，全廠AVC頻繁退出原因造成。

2.2 查找原因

通過(guò)對(duì)220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓曲線圖的查找，發(fā)現(xiàn)220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓無(wú)規(guī)律波動(dòng)見(jiàn)圖1。

圖1 220 kVⅠ、Ⅱ段母線電壓錄波圖

圖2為220 kVⅠ、Ⅱ段母線接線。

圖2 220 kVⅠ、Ⅱ段母線接線

圖2中表明220 kVⅠ段母線與Ⅱ段母線通過(guò)233開(kāi)關(guān)相連，理論上兩段母線電壓應(yīng)完全一致。

繪制電壓采集流程簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 電壓采集流程

從圖3 可以看出從220 kV 母線電壓數(shù)據(jù)是通過(guò)母線電壓互感器二次，經(jīng)過(guò)變送器進(jìn)入監(jiān)控模入板，中間經(jīng)過(guò)二個(gè)環(huán)節(jié)和三個(gè)端子棑，數(shù)據(jù)采樣的中間環(huán)節(jié)過(guò)多，變送器的誤差、端子排的松動(dòng)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)采樣的準(zhǔn)確率。

2.3 處理方案

將兩段母線的電壓信號(hào)引入現(xiàn)有的測(cè)控裝置獲取的交流采集量送入上位機(jī)，此方法減少了中間設(shè)備，滿足經(jīng)濟(jì)性、可行性等要求。

2.3.1 制定改造方案

圖4為改造原理圖。

圖4 改造原理圖

直接將電壓互感器二次電壓通過(guò)測(cè)控裝置中的交流采樣裝置變成信號(hào)后直接傳至上位機(jī)。

2.3.2 試驗(yàn)

信號(hào)引入后，調(diào)取同一時(shí)段的兩段母線電壓曲線，曲線如圖5所示。

通過(guò)對(duì)兩個(gè)曲線圖中電壓值的橫向比較，在選定時(shí)段內(nèi)通過(guò)原有采樣的曲線仍是波動(dòng)變化大，而采用新的采樣環(huán)節(jié)的兩段母線相電壓值成一條直線，沒(méi)有波動(dòng)，且偏差很小。為了避免是由于靈敏度差，數(shù)據(jù)變化量無(wú)法進(jìn)行反映的原因?qū)е码妷簾o(wú)變化，進(jìn)行虛擬電壓差值的實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)其靈敏度。

圖5 220 kV母線電壓曲線

2.3.3 檢測(cè)

分別在選定的時(shí)段內(nèi)人為設(shè)定了虛擬電壓波動(dòng)：

取0.05級(jí)（即：對(duì)每段母線設(shè)定±0.05V二次電壓波動(dòng)，模擬±110V的一次電壓波動(dòng)，使兩段母線的電壓偏差在0～±220V的范圍內(nèi)變化），相電壓變化曲線如圖6：

圖6 0.05級(jí)母線相電壓變化曲線

取0.1 級(jí)（即：對(duì)每段母線設(shè)定±0.1 V 二次電壓波動(dòng)，模擬±220 V 的一次電壓波動(dòng)，使兩段母線的電壓偏差在0～±440 V 的范圍內(nèi)變化），相電壓變化曲線如圖7：

圖7 0.1級(jí)母線相電壓變化曲線

從圖6 和圖7 可以看出，改造后的采樣信號(hào)能夠及時(shí)反映電壓的小幅波動(dòng)。

2.3.4 實(shí)施

自2014年2月，220 kV母線電壓從測(cè)控單元引入以來(lái)，220kVⅠ、Ⅱ段母線電壓曲線相互重疊，幾乎一致，從圖8實(shí)施后母線電壓曲線圖可以看出實(shí)施后效果。

圖8 實(shí)施后母線相電壓變化曲線

柘林水電廠220 kV 母線電壓合格率大幅度提高，發(fā)電機(jī)組不會(huì)再出現(xiàn)“合母運(yùn)行時(shí)，Ⅰ母與Ⅱ母壓差過(guò)大，全廠AVC退出”的現(xiàn)象。由于對(duì)AVC及勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，根據(jù)月報(bào)統(tǒng)計(jì)，已有多月合格率達(dá)到100%。在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，重要的是能夠更好的保證電網(wǎng)質(zhì)量，服務(wù)于廣大用電客戶。

3 結(jié)束語(yǔ)

提高AVC投入率，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率及電壓自動(dòng)控制。從電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化運(yùn)行的角度看，讓全網(wǎng)的電壓保持在合格范圍內(nèi)，使全網(wǎng)的線損最小，這是電力系統(tǒng)的理想狀態(tài)。隨著國(guó)家的日益國(guó)際化，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，要保證電網(wǎng)更加穩(wěn)定，提供更加高質(zhì)的電能。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）將發(fā)電廠母線電壓的調(diào)整由人工監(jiān)控改為自動(dòng)調(diào)控，通過(guò)合理分配無(wú)功，可將系統(tǒng)電壓和無(wú)功儲(chǔ)備保持在較高的水平，從而大大提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定水平，改善了電網(wǎng)電壓質(zhì)量，使電壓合格率得到大幅度提高。同時(shí)還消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)的情況，有效降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。

[1]陸安定.發(fā)電廠變電所及電力系統(tǒng)的無(wú)功功率[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

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