并聯(lián)電抗器在亭子口電站的應用

殷嘉陵

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川蒼溪，628400)

引言

亭子口電站安裝有4臺275MW水輪發(fā)電機組。亭子口電站通過一回500kV線路接入巴中500kV變電站，線路長度約95km。根據(jù)巴中近區(qū)電網(wǎng)實際運行特點，巴中500kV變電站母線電壓較高。為保證巴中主變(500kV/230kV±2×2.5%)安全運行，需要把亭子口電站運行電壓控制在518kV～525kV(高峰時段上限526kV)。亭子口-巴中500kV輸電線路在裝設(shè)用于平衡線路充電功率的電抗器之前，低谷時段，由于線路充電功率較大(單側(cè)接近60Mvar)，亭子口電站采用發(fā)電機進相運行方式吸收線路充電功率，水輪發(fā)電機組每天需頻繁低負荷(小于60MW)進相運行。

為有效降低長期低負荷進相運行給機組帶來的損傷，在亭子口至巴中500kV變電站輸電線路的亭子口側(cè)加裝一組母線高抗來限制穩(wěn)態(tài)運行電壓水平，這不僅有利于巴中近區(qū)電壓調(diào)節(jié)，也對亭子口電站發(fā)電機組的安全運行起到了保障作用。

亭子口主接線改造部分如圖1和圖2所示。

圖1 改造前(虛線部分為廣元預留線)

圖2 改造后(虛線為加裝電抗器實際接線)

1 長期低負荷進相運行對亭子口電站的影響

伴隨著遠距離、超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，經(jīng)常造成發(fā)電機系統(tǒng)進相運行，尤其在非工作時間內(nèi)低負荷時期，無功過多造成電網(wǎng)的電壓升高，甚至超出系統(tǒng)電壓的規(guī)定范圍，影響供電質(zhì)量，并對電網(wǎng)造成損害，降低經(jīng)濟效益。

發(fā)電機進相運行是指發(fā)電機發(fā)出有功而且吸收無功的運行狀態(tài)。水電站凸極同步發(fā)電機單機對無限大容量功率為：

輸出功率Pe一定的條件下，發(fā)電機電勢E0減小，功率角δ便會增大，靜態(tài)穩(wěn)定性在一定程度上降低，發(fā)電機向系統(tǒng)輸送有功功率。

發(fā)電機進相運行時，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性降低的情況，由于發(fā)電機電勢降低，在輸出功率不變的情況下，發(fā)電機定子電流增加，易造成過負荷；機端電壓的降低，廠用電電壓會有所降低，機組端部的漏磁會引起定子端部溫度升高，在端部冷卻條件與效果一定的條件下，發(fā)電機由遲相向進相進行相移變化時，端部漏磁磁密值增高，引起定子端部構(gòu)件嚴重發(fā)熱，致使發(fā)電機出力要受到影響。

亭子口電站位于電網(wǎng)送電端，至巴中500kV變電站出線路距離長，充電功率較大。根據(jù)巴中近區(qū)電網(wǎng)實際運行特點，巴中500kV變電站母線電壓較高，出于對系統(tǒng)安全性的考慮，亭子口電站機組經(jīng)常處于低負荷進相運行狀態(tài)，且進相深度較深，機組出現(xiàn)多次在欠勵限制的工況下運轉(zhuǎn)，甚至需要多臺機組同時低負荷進相運行調(diào)壓。由亭子口電站全水頭試驗報告可知，機組在低負荷小開度區(qū)間運行時，水流狀態(tài)不穩(wěn)定，導致出現(xiàn)隨機高頻波形。亭子口電站水輪機運行在低負荷區(qū)間時，頂蓋、導軸承、部分機架等振動值較大，特別是頂蓋頻繁超過報警值，由于安裝工藝有所差別，個別機組的振動更為明顯，水輪機錐管處有渦帶聲音，長期運行容易造成過流部件的氣蝕，轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋等，大大增加了設(shè)備維護成本。

2 增設(shè)母線高壓并聯(lián)電抗器的優(yōu)點

綜合安全性、可靠性、穩(wěn)定性等多方面考慮，亭子口電站最終采用加裝母線并聯(lián)高壓電抗器方案。亭子口電站側(cè)加裝高壓油浸心式并聯(lián)電抗器，3臺單相并聯(lián)電抗器(3×20Mvar)并排布置在各自的布置間內(nèi)，中性點電抗器布置在并聯(lián)電抗器的左側(cè)，并設(shè)置了一套500kV斷路器保護、兩套電抗器保護、兩套電抗器T區(qū)保護以及一套電抗器非電量保護。

母線與高抗之間裝設(shè)有斷路器，運行方式改變相對靈活。隨著地區(qū)用電負荷的改變，若線路輸送的潮流達到輸送容量時，線路的充電功率與線路的無功損失相對平衡。若線路輸送的潮流和主變壓器的負載較輕，無功損耗較小，高抗的投入便能夠有效改善電壓過高的問題；若通過主變的負載相對較重，電壓相對較低，不能滿足電壓要求時，可以憑借母線同高抗之間的斷路器使高抗退出運行，以滿足供電電壓在允許的范圍內(nèi)運行。

母線上設(shè)置高抗，可以防止出現(xiàn)工頻諧振過電壓。由于高抗裝配于母線上，線路開關(guān)以內(nèi)，便不會發(fā)生諧振過電壓。

亭子口滿足四川黑啟動輔助服務市場條件，具備黑啟動資質(zhì)。黑啟動時，機組會帶長線路空載運行，容易發(fā)生自勵磁過電壓，在裝設(shè)高抗后，補償了容性電流，可有效避免自勵磁過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。

亭子口加裝高抗后，有效補償亭子口-巴中線路充電功率，避免低谷時段過多容性無功流向巴中側(cè)，有利于巴中變調(diào)壓。由于機組一般在當日23時以后至次日6時內(nèi)為低負荷區(qū)，此時段無功進相深，在未投入高抗前，單機無功進相深度為-130Mvar左右。高抗投入運行后，同一時段單機無功進相深度控制在-30Mvar左右，甚至遲相，效果明顯，會減少很多需要電站進相運行來平衡線路充電功率的時間，便無需多臺機組參與配合調(diào)壓，有效減少了機組低負荷運行的時長。

3 增設(shè)高壓并聯(lián)電抗器后的注意事項

高抗在運行中存在噪音和振動的問題。高抗中磁路由氣隙分隔成若干段，各段分別產(chǎn)生磁極，各個氣隙間磁極吸引力的些許變化將引起振動。由鐵芯塊、墊塊和鐵軛組成的系統(tǒng)有可能會出現(xiàn)機械共振現(xiàn)象。因此，電抗器的振動和嗓音都比較大。

電抗器的運行也會存在一定的故障，例如瓦斯繼電器誤動、穿纜引線絕緣磨傷、芯塊接地片松脫及鐵芯限位裝置放電等都是長期振動造成的后果。所以，亭子口電站在設(shè)計階段就根據(jù)電站實際運行情況，合理配置參數(shù)，使得各方面的損壞盡可能達到最小。

亭子口電站的高抗投運后，經(jīng)常處于高電壓狀態(tài)，因此運行溫度較高(亭子口電站電抗器常規(guī)情況下，油溫60℃～70℃、繞組溫度65℃～75℃，在夏季環(huán)境溫度較高，油溫和繞組溫度會有所提升)，線圈絕緣和絕緣油容易老化，在運行中可能發(fā)生線圈絕緣對地擊穿故障、匝間絕緣短路故障。

高抗在運行中會產(chǎn)生一定的工頻電場與磁場，伴隨著高抗的長期運行，設(shè)備同樣會發(fā)生老化現(xiàn)象、損傷以及可能受到環(huán)境污染，致使周邊的電磁場水平有一定程度的增加。所以，高抗布置在較為偏僻的位置，需與人的正?；顒臃秶３职踩嚯x。

4 結(jié)語

在亭子口電站側(cè)加裝高壓電抗器，可以較好地改善系統(tǒng)無功過剩情況下在電壓過高和發(fā)電機頻繁進相運行的問題，減少發(fā)電機長期欠勵運行對機組使用壽命的損失。由于存在一定程度的振動，需要根據(jù)其組成部分，定期對電抗器整體、套管、壓力釋放閥、吸濕器、瓦斯繼電器、各控制箱、絕緣油等進行針對性檢查巡視。