超超臨界機組發(fā)電機進相能力探析

蔡澤鵬

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 522000）

0 引言

隨著我國用電負荷不斷創(chuàng)新高，能源資源與電力負荷分布的不平衡問題日益凸顯，區(qū)域間電網(wǎng)連接愈加緊密，跨區(qū)電網(wǎng)快速發(fā)展。而隨著西電東送規(guī)模的不斷擴大以及超高壓遠距離輸電線路的持續(xù)新增，廣東電網(wǎng)無功儲備不足的問題引起了更多關(guān)注[1]。系統(tǒng)存在過剩的無功會導致系統(tǒng)電壓升高，甚至越過正常運行時允許的電壓上限，不僅影響供電電壓質(zhì)量，嚴重時還會威脅電網(wǎng)安全。

發(fā)電機進相運行是一種無須增加額外設(shè)備的調(diào)壓手段，具有平滑無級調(diào)壓的特點，兼顧了經(jīng)濟性和高效性，是維持電能質(zhì)量的有效措施之一[2]。按照廣東電網(wǎng)調(diào)控分析〔2019〕12號文對機組進相深度的要求，本文以廣東某電廠A機組為例，通過進相試驗方式對超超臨界機組發(fā)電機進相能力進行探析。

1 設(shè)備主要參數(shù)

該機組采用東方電機股份有限公司生產(chǎn)的QFSN-1000-2-27型發(fā)電機，額定容量為1 120 MVA，額定定子電壓為27 kV，額定電流為23 949 A，采用自并勵勵磁方式。該發(fā)電機配套主變?yōu)楸６ㄌ焱Ｗ冸姎夤煞萦邢薰旧a(chǎn)的SFP-1140000/500型變壓器，額定容量為1 140 000 kVA，額定電壓為525±2×2.5%/27 kV，采用YNd11接線組別。

2 試驗限制條件

進相中如有以下任意一個條件不滿足，即保持運行工況，此時的進相無功就是實際的進相深度。

（1）系統(tǒng)電壓保持不低于525 kV（調(diào)度允許500 kV母線最低運行電壓）。

（2）發(fā)電機機端電壓保持不低于0.9Ue（24.3 kV）。

（3）發(fā)電機機端電流不高于Ie（23 949 A）。

（4）考慮電動機的正常運行，6.0 kV廠用母線電壓不低于0.95Ue（5.7 kV），380 V低壓廠用母線電壓不低于0.95Ue（361 V）[3]。

（5）發(fā)電機功角不大于70°，勵磁調(diào)節(jié)器自動方式運行時可適當放寬，但不得超過80°。

（6）定子鐵芯及端部構(gòu)件的溫度不大于溫度限值：定子線圈溫度≤90 ℃；定子鐵芯溫度≤120 ℃。

3 試驗結(jié)果

3.1 試驗工況

該電廠A機組發(fā)電機額定有功功率為1 008 MW，由于受到客觀燃料限制，該機組最大穩(wěn)燃負載為960 MW，故分別在最大穩(wěn)燃負載960 MW、75%額定功率750 MW及50%額定功率500 MW下開展進相試驗。機組進相試驗過程中，主變運行在2擋，A高廠變?yōu)橛休d調(diào)壓，在試驗中調(diào)整到15擋，B高廠變?yōu)闊o載調(diào)壓且運行在3擋，廠用電未做切換操作。

3.2 發(fā)電機電氣量

（1）最大穩(wěn)燃負載960 MW工況下，當機組無功功率進相至約-253 Mvar時，發(fā)電機功角達到了77.58°，接近限制值，380 V母線電壓下降至361.70 V，達到限制條件，功率因數(shù)為0.967 0（超前），500 kV母線段電壓下降至533.12 kV，為了機組的安全穩(wěn)定，停止進相，則認為機組在該工況下的最大進相深度為-253 Mvar。故在有功功率為960 MW時，將低勵限制定值整定為-220 Mvar。

（2）75%額定功率即750 MW工況下，當機組無功功率進相至-275.2 Mvar時，發(fā)電機功角達到了76.29°，接近限制值，380 V母線電壓下降至364.2 V，500 kV母線段電壓下降至534.32 kV，功率因數(shù)為0.938 6（超前），為了機組的安全穩(wěn)定，停止進相，認為機組該工況下的最大進相深度為-275.2 Mvar。故在有功功率為750 MW時，將低勵限制定值整定為-240 Mvar。

（3）50%額定功率即500 MW工況下，當機組無功功率進相至約-290.1 Mvar時，發(fā)電機功角達到了73.46°，接近限制值，380 V母線電壓下降至364.82 V，500 kV母線段電壓下降至534.28 kV，功率因數(shù)為0.867 0（超前），為了機組的安全穩(wěn)定，停止進相，認為機組該工況下的最大進相深度為-290.1 Mvar。故在有功功率為500 MW時，將低勵限制定值整定為-250 Mvar。

由表1可以看出，在進行最大穩(wěn)燃負載960 MW、75%額定功率750 MW及50%額定功率500 MW工況的進相試驗過程中，發(fā)電機的電壓、電流變化規(guī)律正確，發(fā)電機功角達到限制值，構(gòu)成三個工況進相深度的限制因素；勵磁電壓和勵磁電流的變化規(guī)律與無功功率的變化相符合，廠用系統(tǒng)電壓隨進相深度的增加呈下降趨勢，在機組額定功率工況下380 V廠用系統(tǒng)電壓最低達到了361.7 V，廠用系統(tǒng)電壓構(gòu)成額定功率工況的進相深度的限制因素，其他工況廠用系統(tǒng)電壓未構(gòu)成機組進相深度的限制因素。

表1 發(fā)電機不同工況下電氣量

3.3 發(fā)電機冷卻溫度

由表2可以看出，在最大穩(wěn)燃負載960 MW工況的進相試驗過程中，發(fā)電機空氣冷卻溫度隨進相深度的增加變化不大，基本保持穩(wěn)定，溫度也小于規(guī)程中允許的發(fā)電機冷卻溫度的要求，發(fā)電機冷卻溫度不構(gòu)成進相深度的限制因素。

表2 發(fā)電機線棒出水溫度變化情況

3.4 發(fā)電機鐵芯及繞阻溫度

由表3可以看出，在最大穩(wěn)燃負載960 MW工況的進相試驗過程中，發(fā)電機鐵芯溫度遠低于允許的最高溫度120 ℃，定子繞組溫度低于允許的最高溫度90 ℃，在進相運行中，發(fā)電機的鐵芯和繞組溫度不構(gòu)成進相深度的限制因素。

表3 發(fā)電機定子鐵芯及繞組溫度變化情況

4 低勵限制曲線整定

4.1 定值整定

該機組配套勵磁系統(tǒng)為GE 2100EX，由于GE勵磁系統(tǒng)低勵限制器定值為11點擬合[4]，根據(jù)進相試驗數(shù)據(jù)，最終勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制環(huán)節(jié)整定值如表4所示，對應低勵限制曲線如圖1所示。

圖1 低勵限制曲線圖

表4 低勵限制環(huán)節(jié)整定值單位：p.u.

4.2 低勵限制動作試驗

將低勵限制按以上定值整定，在機組有功功率750 MW，無功功率-220 Mvar的工況下，緩慢減少勵磁電流，無功功率隨之降低，當達到限制定值時，低勵限制報警動作，減磁無效，集控室發(fā)低勵限制動作光字牌，報警正常。

5 結(jié)束語

該超超臨界機組發(fā)電機進相試驗數(shù)據(jù)分析表明，廠用電380 V母線電壓及發(fā)電機功角達到限制值，構(gòu)成進相運行的限制條件，在實際進相運行時應予以重點關(guān)注和監(jiān)視。而500 kV系統(tǒng)電壓、6.0 kV廠用母線電壓、發(fā)電機冷卻溫度等有足夠裕度，不構(gòu)成進相深度的限制因素。綜合試驗結(jié)果可知，該機組具備一定的進相能力，在進相能力范圍內(nèi)可參與電網(wǎng)無功優(yōu)化。

發(fā)電機進相運行可通過吸收過量無功功率來調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，增加電網(wǎng)的無功儲備，提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性[5]。但是發(fā)電機進相運行的限制因素很多，包括機端電壓、系統(tǒng)電壓、廠用電壓、定子鐵芯溫度、發(fā)電機冷卻溫度等。為了機組運行的安全穩(wěn)定，發(fā)電機的進相深度需由廠家提供參數(shù)及專項的發(fā)電機進相試驗確定。隨著超超臨界機組所占發(fā)電比重不斷攀升，系統(tǒng)復雜度持續(xù)提高。本文對超超臨界機組的發(fā)電機進相能力進行了探析，不僅可為該機組的進相運行提供依據(jù)，還可為同行業(yè)機組提供參考。