抑制涌流裝置在電廠中的應(yīng)用與試驗

鄭德國

浙江大唐國際江山新城熱電責(zé)任有限公司 浙江江山 324100

1 現(xiàn)場運行方式

江山熱電公司機組正式投產(chǎn)以來,地處浙江電網(wǎng)西部,區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷較輕,電廠發(fā)電利用小時數(shù)低,機組運行方式多為開機保養(yǎng),長期處于停備狀態(tài)。公司為降低生產(chǎn)成本,在機組停備時將部分主變停備,以減小變壓器空載損耗電量,待機組啟動前由220 kV系統(tǒng)向主變沖擊送電[2]。但是,在送電建立磁場的過程中,變壓器繞組中會產(chǎn)生一定的勵磁電流,變壓器鐵心越飽和,產(chǎn)生磁場所需要的勵磁電流就越大。在變壓器全電壓充電時,變壓器繞組中產(chǎn)生的勵磁涌流最大峰值可達額定電流的6～8倍[3]。由于主變?nèi)萘亢艽?頻繁沖擊送電產(chǎn)生的勵磁涌流容易造成變壓器繞組變形,鐵心或夾件松動,嚴(yán)重時可能使變壓器發(fā)生事故,同時,較大的勵磁涌流容易造成繼電保護裝置誤動[4]。為避免主變送電沖擊造成設(shè)備損壞和保護誤動,需要采取有效措施來抑制主變送電時的勵磁涌流,從而確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運行[5]。

現(xiàn)場具體情況為,安裝兩套GE公司生產(chǎn)的6FA型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組,主系統(tǒng)采用220 kV電壓等級雙母線接線方式,安裝兩臺140 MVA三繞組主變,四臺發(fā)電機出口均安裝出口斷路器,供發(fā)電機并網(wǎng)解列及故障隔離使用。由于江山熱電公司年利用小時數(shù)低,機組長期停備,為降低生產(chǎn)成本,減小外購電量,結(jié)合機組開機情況,需要頻繁進行主變啟停操作,全年兩臺主變需要進行啟停操作45次左右。由于主變頻繁啟停,使主變運行時本體的聲響和振動較以往有增大趨勢,同時也有可能造成保護誤動或設(shè)備損壞事故[6]。

2 勵磁涌流分析及解決方法

由于受變壓器鐵心磁通飽和及鐵心材料非線性特征的影響,變壓器在空載全壓啟動時,會產(chǎn)生相當(dāng)大的勵磁電流,稱為勵磁涌流[7]。變壓器的中性點運行方式、鐵心材料、磁場氣隙、鐵心結(jié)構(gòu)、合閘相角及鐵心剩磁等因素會影響變壓器勵磁涌流的大小[8]。變壓器制造及投運后,其鐵心材料、鐵心結(jié)構(gòu)、磁場氣隙就已經(jīng)確定。根據(jù)系統(tǒng)運行方式,變壓器的中性點接地方式由規(guī)定確定,無法進行改變。而變壓器偏磁和合閘初始角度有關(guān),所以,可以從合閘初始相角角度來解決變壓器勵磁涌流的問題。實現(xiàn)方法是將變壓器合閘時電壓初始相角控制在90°或270°,再進行空載合閘操作。變壓器的偏磁與剩磁恰好方向相反[9],兩者疊加之后達到飽和磁通的程度,可以大大減小變壓器的勵磁涌流,消除勵磁涌流帶來的影響。

3 抑制涌流裝置的應(yīng)用

3.1 工作原理

為了有效抑制變壓器停送電時產(chǎn)生的勵磁涌流,江山熱電公司兩臺主變220 kV斷路器各增加一套 SID-3YL型抑制涌流裝置。抑制涌流裝置可以對變壓器電源側(cè)的輸入電壓和電流進行實時監(jiān)測,接收上位機的分合閘啟動信號,計算出合適的分合閘角度,然后據(jù)此向220 kV斷路器發(fā)出分合閘指令,控制變壓器的剩磁處于預(yù)定極性。抑制涌流裝置不能控制保護跳閘命令,但通過實時監(jiān)測變壓器電壓、電流可以得到分閘角度,從而計算出變壓器剩磁。在接收合閘指令時,涌流抑制裝置按照相應(yīng)的合閘角控制斷路器合閘,進而有效抑制變壓器的勵磁涌流。

3.2 操作步驟

對主變進行停電操作時,運行操作人員使用電力網(wǎng)絡(luò)計算機監(jiān)控系統(tǒng)(NCS)后臺發(fā)出指令。NCS的分閘指令輸出觸點閉合,通過電纜接入抑制涌流裝置的開關(guān)量輸入板。抑制涌流裝置接收到分閘指令后,在220 kV母線 A相電壓相位達到90°之前發(fā)出分閘脈沖指令,提前時間由斷路器分閘時間確定,使主變220 kV斷路器斷開,變壓器A相正好在母線電壓A相角度為90°時斷電,同時,變壓器B相正好在210°時斷電,變壓器C相正好在-30°時斷電。

對主變進行送電操作時,運行操作人員使用NCS后臺發(fā)出指令。NCS的合閘指令輸出觸點閉合,并通過電纜接入抑制涌流裝置的開關(guān)量輸入板。抑制涌流裝置接收到合閘指令后,在220 kV母線A相電壓相位達到90°之前發(fā)出合閘脈沖指令,提前時間由斷路器合閘時間確定,使主變220 kV斷路器閉合,變壓器A相正好在母線電壓A相角度為 90°時受電。同時,變壓器B相正好在210°時受電,變壓器C相正好在-30°時受電。

根據(jù)變壓器偏磁和剩磁互克原理,此時變壓器的偏磁恰好與剩磁方向相反、大小相等,兩者互相抵消,變壓器鐵心中的磁通達不到飽和磁通程度,主變勵磁涌流不會產(chǎn)生[10]。

4 現(xiàn)場試驗

為檢驗主變抑制涌流裝置的應(yīng)用效果,江山熱電公司以2號主變?yōu)槔?對2號主變抑制涌流裝置進行現(xiàn)場試驗。

4.1 第一次合閘

第一次合閘時,根據(jù)之前現(xiàn)場另外一臺抑制涌流裝置投運得到的數(shù)據(jù),整定合閘時間定值為68.0 ms,合閘角度為90°。合閘后,由圖1可見,合閘時間為68.9 ms,合閘角度為108.9°,三相最大涌流峰值為6.363 A,約為額定值1.18 A的5.4倍。事實上,由于此時變壓器內(nèi)剩磁未知,即使有準(zhǔn)確的合閘時間從而控制好合閘角度正好是90°,也還是不能保證抑制涌流的效果。第一次合閘,抑制涌流的效果是隨機的,主要目的是得到準(zhǔn)確的合閘時間。

4.2 第一次分閘

第一次分閘時,根據(jù)之前現(xiàn)場另外一臺抑制涌流裝置投運得到的數(shù)據(jù),整定分閘時間定值為27.0 ms,分閘角度為90°。分閘后,由圖2可見,分閘時間為23 ms,分閘角度為22.6°。

4.3 第二次合閘

第二次合閘時,根據(jù)第一次合閘得到的數(shù)據(jù),對合閘時間進行修正,由68.0 ms更改為68.9 ms,合閘角度不變,依然為90°。合閘后,由圖3可見,合閘時間為68.9 ms,合閘角度為92.9°。此時,涌流已經(jīng)得到比較好的抑制,三相最大涌流為2.871 A,約為額定值的2.4倍。

4.4 第二次分閘

第二次分閘時,根據(jù)第一次分閘得到的數(shù)據(jù),對分閘時間進行修正,由27.0 ms更改為23.0 ms,分閘角度不變,依然為90°。分閘后,由圖4可見,分閘時間為25.3 ms,分閘角度為136.0°。

4.5 第三次合閘

第三次合閘時,根據(jù)前兩次合閘的數(shù)據(jù),合閘時間和合閘角度均保持不變,分別為68.9 ms和90°。合閘后,由圖5可見,合閘時間為68.6 ms,合閘角度為88.2°,此時偏磁與剩磁相互抵消,勵磁涌流得到控制,三相最大涌流為0.826 A,僅為額定值的70%左右。

圖1 第一次合閘錄波

圖2 第一次分閘錄波

圖4 第二次分閘錄波

圖5 第三次合閘錄波

4.6 試驗結(jié)果

現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)匯總見表1。根據(jù)數(shù)據(jù)和錄波分析,現(xiàn)場變壓器經(jīng)過幾次合分閘試驗,得到了準(zhǔn)確的合閘與分閘時間,通過SID-3YL型抑制涌流裝置的精確相控,實現(xiàn)了偏磁與剩磁相互抵消,使磁通不飽和,實現(xiàn)了涌流的有效抑制。

表1 現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

面對節(jié)能降耗和保證主變安全的問題,江山熱電公司采用加裝抑制涌流裝置控制斷路器合閘時電壓初始相角的方法控制主變勵磁涌流,降低停送電時勵磁涌流對主變的損傷,成功實現(xiàn)對主變沖擊時勵磁涌流的抑制。經(jīng)過試驗與調(diào)試,兩臺主變在沖擊合閘時的勵磁涌流倍數(shù)均有大幅下降,1號主變下降為額定電流為1.38倍左右,2號主變下降為額定電流的70%左右,減輕了沖擊送電對主變的損傷,降低了繼電保護誤動可能性,可見應(yīng)用主變微機抑制涌流裝置對保護變壓器,其效果是明顯的。同時,主變停備節(jié)能降耗效益可觀,根據(jù)2017年江山熱電公司機組年利用小時數(shù)800 h,機組停備期間一臺主變空載損耗69.7 kW和一臺高廠變空載損耗10.4 kW計算,全年共可停電200 d,可節(jié)電560 MWh,經(jīng)濟效益可觀,為其它利用小時數(shù)低的燃?xì)獍l(fā)電機組降低運行成本提供了經(jīng)驗和方法。