某水電站發(fā)電機進相深度受限的解決方法及應用

鐘 建， 丁 韜， 成 科

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

1 概 述

水電站發(fā)電機進相運行深度易受靜穩(wěn)定、定子端部發(fā)熱和廠用電壓降低等因素限制，但經過采取合理的技術措施可以有效改善發(fā)電機的進相深度，以確定其進相能力。某水電站在進行啟動投產試驗時，其發(fā)電機進相運行深度就因受機端電壓、廠用電壓的限制造成其進相深度不夠，達不到相關要求。為此，我們經過對試驗數據進行分析，發(fā)現該水電站機組均為單機單變接線方式運行，其起始機端電壓偏低為主要限制因素。筆者介紹了對該水電站發(fā)電機進相深度受限采取的解決方案、處理過程及應用情況。

2 進相深度受限及產生原因分析

該水電站發(fā)電機額定容量為217.143 MVA、額定有功功率為190 MW、額定定子電壓為13.8 kV、額定定子電流為9 085 A、額定功率因數為0.875、額定勵磁電壓為475 V、額定勵磁電流為1 750 A。2015年1月18日至2015年1月19日，筆者對該水電站1、2號發(fā)電機進行了進相運行試驗。試驗時，主變壓器(以下簡稱“主變”)檔位分接頭為III檔，低廠變分接頭為III檔。2、4號發(fā)電機不帶有廠用變，機組均為單機單變接線方式運行。

根據川電調度〔2009〕109 關于印發(fā)《四川并網發(fā)電廠無功電壓及進相運行管理規(guī)定》的通知、《同步發(fā)電機進相試驗導則》Q/GDW746-2012等相關規(guī)程規(guī)定，進相試驗中，定子電壓不低于額定電壓13.8 kV的90%，定子電流不大于額定電流9 085 A。在本次試驗中，機組進相深度最大為-50 Mvar,定子電壓已至額定電壓的90.55%，定子電流、廠用電壓均已達到運行規(guī)范所對應的規(guī)定要求，但進相效果仍不明顯。

該水電站發(fā)電機進相運行試驗時，非被試機組對試驗機組發(fā)送無功功率80 MVar，用以支撐系統電壓，但發(fā)電機定子電流未達到額定值、發(fā)電機功角值較小，通過電站監(jiān)控系統發(fā)現機組各部溫度在允許范圍內等條件參數均未達到極限條件，其進相深度受發(fā)電機機端電壓較低、廠用電壓較低的限制。

3 解決方案及應用

3.1 解決方案

筆者通過對前期試驗數據進行初步分析認為：該電站發(fā)電機進相深度主要受機端電壓、廠用電壓較低的限制，針對該問題試圖采用以下兩種解決方案予以解決。

方案一：調節(jié)相鄰機組無功功率以提升系統電壓，從而提高機端電壓、廠用電壓等相關參數，使其達到進相運行深度的相關要求。

方案二：合理調節(jié)主變壓器檔位，在不改變系統電壓情況下提高發(fā)電機出口母線電壓，進而優(yōu)化相關參數，達到進相運行深度的相關要求。

3.2 兩種方案的應用分析

方案一：在試驗過程中，我們通過調節(jié)相鄰發(fā)電機組向系統發(fā)送無功功率80 Mvar以提高系統電壓，此時，該水電站220 kV系統母線電壓已接近調度下達的上限值233 kV(試驗時為231.59 kV，預留1.41 kV安全裕度)，故不能再繼續(xù)增加陪試機組的無功功率。因該水電站發(fā)電機組均為單機單變接線方式運行，故單一的通過提高陪試機組無功功率來抬升電壓的方法效果不好，不能滿足電網進相深度的相應要求。

方案二：調整主變檔位，從III檔調至IV檔時，在現有系統最高電壓下機端電壓不會超過額定電壓,在目前檔位下廠用電可達到395 V。故筆者建議調整主變分接頭,抬高機端電壓，增加進相深度。若要滿足該電站發(fā)電機能夠長期進相運行的指標，不能單方面調整廠用電壓。筆者根據電網公司對該電站枯期電壓曲線要求(226～233 kV)，列出了該系統電壓區(qū)間內不同主變檔位對應的機端電壓、廠用電壓對應情況(表1)。

表1 不同檔位對應主變電壓、廠高變電壓、廠用電壓情況表

由表1可以看出：以廠用系統目前實際檔位(Ⅲ檔)做為計算數據，系統日常電壓運行在230 kV。主變檔位由原有的Ⅲ檔調至Ⅳ檔，廠用電壓將由381 V升至391 V，機端電壓將由13.11 kV上升至13.45 kV，能夠滿足日常運行要求。若將主變檔位從現有的Ⅲ檔調至Ⅴ檔時，機端電壓將從原來的13.11 kV調至13.895 kV，超過額定定子電壓13.8 kV?？紤]到機組長期運行情況，若將機組檔位調至Ⅴ檔，機組將不能保證其額定千伏安出力，不滿足過勵運行工況要求。在前期進相試驗中，廠用電壓雖然受限，但調節(jié)主變檔位過后廠用電壓能大幅上升，且可以通過同廠其它機組發(fā)送無功功率支撐廠用電壓。發(fā)電機機端電壓降幅為0.829 kV時，所吸收的無功功率為52 302 kvar，故機端電壓提升0.34 kV，預計進相深度將提升21 450 kvar，發(fā)電機進相深度將得到明顯地改善。

由此可見：水輪發(fā)電機組既要滿足電網運行規(guī)程規(guī)定的進相運行深度，又要滿足機組的長期運行要求。為此，調節(jié)機組主變壓器檔位為解決發(fā)電機組進相深度受限的最佳方案，其能夠有效提升機組的最大進相深度，使每臺發(fā)電機組對電力系統的穩(wěn)定運行均能起到作用，而非需要其他機組配合完成。

3.3 處理結果及分析

通過對比分析，我們建議對該水電站發(fā)電機主變檔位進行調整，具體處理情況為：

發(fā)電機滿負荷進相試驗時，定子電流最大值為9 090 A(額定值為9 085 A)，功角為39.76°。相同工況下，在-50 000 kvar無功進相深度時，其發(fā)電機機端電壓值為12 649 V(比調整前提高了0.285 kV)，廠用電壓為366.5 V(比調整前提高了3.8 V)。

根據對發(fā)電機主變檔位調整前后的進相試驗數據進行比較得知：在系統電壓較主變檔位調整前偏低1.09～1.93 kV的情況下，該水電站發(fā)電機機端起始電壓仍然提升了0.153～0.285 kV，滿足預期調壓效果。發(fā)電機機端電壓優(yōu)化后，機端電壓受限深度為-70 000 kvar，符合預估進相深度；且因該發(fā)電機功角值較小，通過電站監(jiān)控系統發(fā)現機組各部溫度在允許范圍內，其進相深度受發(fā)電機定子電流接近額定值、機端電壓過低、廠用電壓過低多重限制，達到進相運行極限。故通過對該水電站主變檔位進行調整，其機端電壓得到了很好的優(yōu)化，發(fā)電機組在相同工況下無功進相深度提升了20 000 kvar，達到了預期效果。針對此類問題，在不影響系統電壓運行曲線的情況下，調節(jié)電站主變壓器檔位即可有效解決以上問題。

4 結 語

水電站發(fā)電機在進行進相運行試驗時，通常會受到發(fā)電機機端電壓等限制而達到進相運行深度極限，而通過采取適當的方法，可以有效地改善發(fā)電機機端電壓，例如：(1)通過調節(jié)同廠其它機組向系統發(fā)送無功功率；(2)通過相同系統母線相鄰電廠向系統發(fā)送無功功率；(3)通過調節(jié)變壓器檔位變比進行電壓調節(jié)；(4)通過電力系統調節(jié)被試機組系統母線電壓來提高廠內電壓，改善機組進相深度效果。

實踐結果表明：調節(jié)機組主變檔位能使水輪發(fā)電機組在現有系統最高壓下機端電壓接近額定值，滿足過勵運行要求，提高機組長期使用的合理性，達到電網進相深度的相應要求。而隨著電力系統的不斷擴容、線路的增加和完善，電力系統的線路電壓也將不斷得到改善，通過這種方法能夠更好地確保并入電力系統的機組長期、安全、穩(wěn)定的運行，也為今后出現類似情況的機組提供參考借鑒。如有不當之處，敬請同行斧正！