發(fā)電機并網(wǎng)瞬間無功沖擊分析與處理

褚召偉　王雷　王超　周永平

摘 要：針對某水電廠并網(wǎng)出現(xiàn)的無功沖擊情況，分析了其產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的改善方法。

關(guān)鍵詞：機組并網(wǎng)；無功沖擊；電網(wǎng)；水電廠

中圖分類號：TV738 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.112

某水電廠位于黃河上游，共裝有5臺大型水輪發(fā)電機組，電氣接線采用發(fā)電機-變壓器單元組接線。其中，1號機、2號機采用外橋接線接入220 kV系統(tǒng)。該水電廠為西北電網(wǎng)主要的調(diào)頻調(diào)峰廠，需要頻繁開停機操作。

1 并網(wǎng)沖擊原因分析

發(fā)電機組在開機并網(wǎng)過程中，要求斷路器兩側(cè)電源的電壓幅值差、頻率差、相位差都為0，但實現(xiàn)起來比較困難，只要在合適的范圍內(nèi)，保證斷路器合閘時沖擊電流較小，發(fā)電機能順利拉入同步即可。某水電廠機組并網(wǎng)采用自準(zhǔn)方式并列，使用SJ-12C/S8雙微機自動準(zhǔn)同期并列裝置實現(xiàn)，對頻率差、相位差和合閘導(dǎo)前時間等參數(shù)的控制都較為準(zhǔn)確。機組同期并網(wǎng)系統(tǒng)中，機組同期回路系統(tǒng)側(cè)電壓取自線路側(cè)電壓互感器，待并側(cè)電壓取自主變壓器低壓側(cè)電壓互感器。

一次調(diào)度下令2號機組開機并網(wǎng)，在并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生較大的沖擊聲。一般情況下，機組并網(wǎng)時所出現(xiàn)的沖擊現(xiàn)象基本上是因機組的非同期并列引起的，檢查發(fā)現(xiàn)，同期裝置本身動作正常。調(diào)用上位機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，合閘瞬間發(fā)電機定子上有大約1 000 A的沖擊電流，發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的有功功率幾乎為0，因此，全部表現(xiàn)為無功沖擊。

2 無功沖擊過程的計算

2.1 電氣設(shè)備的主要參數(shù)

2號發(fā)電機組額定有功P=255 MW，額定電流In=10 386 A，功率因數(shù)cosφ=0.9，額定電壓Ue=15.75 kV，2號主變壓器額定容量Se=300 MVA，電壓為242±2×2.5%/15.75 kV，Uk=13.99%.

2.2 無功沖擊的計算

2號機開機前，1號機已與系統(tǒng)并網(wǎng)，計算可得2號機與系統(tǒng)聯(lián)系阻抗為0.129 8，查詢上位機監(jiān)控系統(tǒng)2號機組斷路器合閘瞬間發(fā)電機定子三相電流有效值分別分別為998 A、987 A、938 A，取平均值得974 A，換算為高壓側(cè)電流Ie=63.4 A，高壓側(cè)基準(zhǔn)電流I=235.58 A，高壓側(cè)電流標(biāo)幺值為0.266.

假設(shè)機組并列時fg=fxt（fg為發(fā)電機頻率，fxt為系統(tǒng)頻率），Ug≠Uxt（Ug為發(fā)電機電壓，Uxt為系統(tǒng)電壓），δ= 0（δ為待并兩側(cè)電勢相角差）。斷路器合閘時，斷路器壓差標(biāo)幺值ΔU=0.035，壓差有名值ΔU=8.5 kV。

當(dāng)時發(fā)電機空載時主變高壓側(cè)電壓為231.9 kV時，系統(tǒng)電壓為237.1 kV，壓差為5.2 kV，小于實際產(chǎn)生無功沖擊的壓差，其余壓差主要由頻率差和相角差造成，并網(wǎng)瞬間有功功率幾乎為0，由此計算機組并網(wǎng)瞬間的無功沖擊Q=26.6 MVar。

3 計算結(jié)果分析及改進方案

3.1 沖擊的危害

沖擊電流的電動力對發(fā)電機定子繞組、變壓器繞組均產(chǎn)生沖擊，沖擊功率為無功性質(zhì)。通過查詢監(jiān)控系統(tǒng)上歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機并網(wǎng)瞬間的無功值最大曾達到-40 MVar，定子繞組端部機械強度最弱，這種沖擊日積月累會對發(fā)電機造成致命傷害，應(yīng)采取措施減小沖擊電流對其造成的危害。

3.2 改進方案

產(chǎn)生無功沖擊的主要原因是電壓偏差。220 kV系統(tǒng)實際運行電壓多數(shù)控制在230～240 kV。2號機組采用型號為SAVR2000的自動勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器在接到開機令后，自動將電壓給定值設(shè)置為30%，升壓后達到30%的額定值時，調(diào)節(jié)器再以一個可以調(diào)整的速度逐步增加電壓給定值，使發(fā)電機電壓上升到預(yù)置值，預(yù)置值可通過軟件修改。2號機組的預(yù)置值為15.15 kV，換算到主變高壓側(cè)電壓為232 kV。系統(tǒng)運行過程中的電壓越高，沖擊電流越大。因此，降低電壓差為主要目標(biāo)，由于系統(tǒng)電壓無法改變，只能改變并網(wǎng)時的機端電壓，而其由自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。

3.2.1 手動調(diào)整并網(wǎng)前機組機端電壓

當(dāng)發(fā)電機至空載態(tài)后，可以手動調(diào)整勵磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕來調(diào)節(jié)機組機端電壓，也可以手動調(diào)整同期裝置的增減壓把手來調(diào)節(jié)機組機端電壓。機端電壓穩(wěn)定之后，上位機下發(fā)并網(wǎng)令，啟動同期裝置進行準(zhǔn)同期并網(wǎng)，這在一定程度上減弱了機組并網(wǎng)過程中的無功沖擊。

3.2.2 改變勵磁調(diào)節(jié)器給定值

自動勵磁調(diào)節(jié)器用于實現(xiàn)自動方式調(diào)節(jié)機端電壓、維持機端電壓平衡，目前，機組采用的反饋量為發(fā)電機端電壓。發(fā)電機機端電壓在空載狀態(tài)下為給定值，不會發(fā)生變化。當(dāng)發(fā)電機達到空載態(tài)后，將反饋量設(shè)置為電網(wǎng)電壓，如圖1所示。機組至空載態(tài)后自動跟蹤電網(wǎng)電壓，將調(diào)節(jié)機組電壓與電網(wǎng)電壓一致，這樣會大大降低機組同期的無功沖擊。

4 結(jié)束語

無功沖擊日積月累就會嚴重影響發(fā)電機的壽命，一次設(shè)備價格昂貴且不易于更換。本文通過探討得到了兩種改進方案，降低了發(fā)電機并網(wǎng)時的電壓差值，減小了發(fā)電機并網(wǎng)時的無功沖擊：①采用手動調(diào)整發(fā)電機電壓的方式，一定程度上減小了并網(wǎng)時的無功沖擊，但需要將機組的開機過程分步操作，并手動調(diào)整機端電壓，給自動開機帶來了不便，增加了操作任務(wù)量；②通過改變勵磁調(diào)節(jié)器給定值方式，使機端電壓自動跟蹤并調(diào)整到電網(wǎng)電壓，這能更好地減弱發(fā)電機并網(wǎng)時的無功沖擊，且不需要增加額外的工作量。

參考文獻

[1]孫浩波.大型發(fā)電機組同期回路的設(shè)計及防止非同期、誤上電事故的應(yīng)用分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（07）.

[2]唐濤.發(fā)電廠與變電站自動化技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]巨爭號.發(fā)電機并列沖擊電流分析及同期閉鎖繼電器整定[J].華電技術(shù)，2009，33（09）.

〔編輯：張思楠〕