劉劍明

摘要：針對(duì)功果橋電站機(jī)組投運(yùn)以來，對(duì)電站送端母線電壓偏高、機(jī)組長(zhǎng)期進(jìn)相運(yùn)行的問題進(jìn)行調(diào)研分析，結(jié)合電網(wǎng)無功平衡基本原則以及2013年滇西北電網(wǎng)無功平衡及無功補(bǔ)償情況，提出只有在功果橋電站送出端并聯(lián)500kV電抗器才能解決滇西北主網(wǎng)架形成過程中電站機(jī)組在枯期面臨的機(jī)組輕載進(jìn)相運(yùn)行問題以及電站送端母線電壓偏高問題。

關(guān)鍵詞：功果橋電站；500kV電抗器加裝；研究分析

0引言

功果橋電站位于云南省云龍縣的瀾滄江干流上，為兩庫八級(jí)開發(fā)方案的第一個(gè)梯級(jí)電站，電站裝機(jī)容量900MW（4×225MW），年發(fā)電量約40.4億kW.h，總庫容3.49億m3。

電站電能通過500kV功果橋～大理甲線單回線路送至云南電網(wǎng)。功果橋—大理導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-300×4，線路長(zhǎng)度115.6km，線路產(chǎn)生的充電功率約133Mvar，該線路在大理側(cè)裝設(shè)了1組120Mvar線路高抗。2013年，滇西北電網(wǎng)感性無功補(bǔ)償總體不足，枯期電網(wǎng)電壓偏高。功果橋電站自投運(yùn)以來，正常運(yùn)行時(shí)線路潮流較輕，由于500kV大理變電壓偏高、加之功果橋～大理甲線線路感性無功補(bǔ)償度為欠補(bǔ)償（補(bǔ)償度為82%），導(dǎo)致電站500kV側(cè)電壓偏高，迫使功果橋電站長(zhǎng)時(shí)間吸收較多無功功率才能使電網(wǎng)電壓滿足運(yùn)行要求?？菟诠麡螂娬拘」β仕统龅那闆r下，為滿足電壓調(diào)節(jié)及調(diào)峰要求，部分時(shí)段需要增開1臺(tái)機(jī)組輕載進(jìn)相運(yùn)行，浪費(fèi)了枯期寶貴的水資源，且由于陪開機(jī)組運(yùn)行在低負(fù)荷振動(dòng)區(qū)域，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來壓力。

針對(duì)上述問題，功果橋電站針對(duì)機(jī)組投運(yùn)以來，電站送端母線電壓偏高、機(jī)組長(zhǎng)期進(jìn)相運(yùn)行的問題進(jìn)行調(diào)研分析，提出合理可行的解決措施，為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行創(chuàng)造條件。

1功果橋電站機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行狀況

1.1電站進(jìn)相運(yùn)行狀況

功果橋電站通過1 回至大理變500kV 線路與云南主網(wǎng)相連，線路長(zhǎng)度為115.6km，在大理側(cè)裝設(shè)120Mvar高抗（額定電壓為550kV）1組。根據(jù)無功管理分層分區(qū)、就地平衡的原則，在電網(wǎng)平衡無功能力不足的情況下，功果橋電站必然要承擔(dān)滇西北電網(wǎng)特別是大理變的電壓調(diào)整及無功平衡的任務(wù)。

在低負(fù)荷時(shí)段，尤其是枯水期低谷時(shí)段，500kV大理變150Mvar低抗完全投入的情況下，大理變?nèi)源嬖陔妷浩叩膯栴}，系統(tǒng)容性無功功率富余，此時(shí)功果橋電站有功出力大量減少，功果橋—大理500kV 輸電線路上充電功率不能通過線路高抗完全平衡，更重要的是系統(tǒng)富余的容性無功功率也必須采用其他方法將其吸收。因此，在500kV大理變及功果橋電站側(cè)均沒有其他調(diào)相調(diào)壓設(shè)備的情況下，功果橋電站機(jī)組不得不長(zhǎng)期深度進(jìn)相運(yùn)行，以吸收系統(tǒng)富余的容性無功功率及功果橋電站送出線路剩余的線路充電功率，來滿足電壓調(diào)整的需求。

1.2 機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的限制性因素

根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》的規(guī)定，并入電網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組應(yīng)具備有功功率為額定值時(shí)，功率因數(shù)進(jìn)相 0.90運(yùn)行的能力。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)各電氣參數(shù)是對(duì)稱的，并且發(fā)電機(jī)仍保持同步轉(zhuǎn)速，因而是屬于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行方式中的一種。但機(jī)組長(zhǎng)期進(jìn)相運(yùn)行可能會(huì)給機(jī)組和系統(tǒng)帶來以下不利影響：

（1）發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，由于勵(lì)磁電流減小，發(fā)電機(jī)電勢(shì)隨之減小，造成功角的增大，從而降低了發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性，同時(shí)發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性也要降低。

（2）進(jìn)相運(yùn)行時(shí)由于助磁性的電樞反應(yīng)，使發(fā)電機(jī)端部漏磁增加，端部漏磁引起定子端部溫度升高。發(fā)電機(jī)端部漏磁通為定子繞組端部漏磁通和轉(zhuǎn)子端部漏磁通的合成，進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，由于兩個(gè)磁場(chǎng)的相位關(guān)系使得合成磁通較非進(jìn)相運(yùn)行時(shí)大，鐵損增大，導(dǎo)致定子端部溫度升高。

（3）廠用電一般引自發(fā)電機(jī)出口或發(fā)電機(jī)電壓母線，進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流降低和無功潮流倒送引起機(jī)端電壓降低同時(shí)造成廠用電電壓降低。

（4）進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)端電壓降低，在輸出功率不變的情況下發(fā)電機(jī)定子電流增加，易造成定子過電流。

由此可見，發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力受多種因素限制，決定機(jī)組進(jìn)相能力的限制判據(jù)也是由多種因素組成的綜合判據(jù)。

目前國(guó)內(nèi)大型水輪機(jī)組在設(shè)計(jì)工藝上已經(jīng)充分考慮機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的要求，通過對(duì)投運(yùn)機(jī)組進(jìn)行進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)，可以確定機(jī)組進(jìn)相深度運(yùn)行曲線，同時(shí)保證機(jī)組和系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電機(jī)在允許的進(jìn)相范圍內(nèi)運(yùn)行，可以擴(kuò)大系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)范圍，是改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最有效而又經(jīng)濟(jì)的必要措施之一。

功果橋電站在最小水頭46m～最大水頭66m范圍內(nèi)，機(jī)組在空載～45%Pr時(shí)，水輪機(jī)頂蓋振動(dòng)值和水導(dǎo)處軸的擺度值最大，其他工況振動(dòng)正常，即功果橋電站機(jī)組振動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)的有功出力為0～101MW。

功果橋電站在枯水期低谷段，一般開1臺(tái)機(jī)就能滿足有功出力和電網(wǎng)安全備用的要求。為了吸收多余的無功功率，功果橋電站需增開1臺(tái)機(jī)組輕載進(jìn)相運(yùn)行，難以避開低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)域。根據(jù)功果橋電站的統(tǒng)計(jì)資料表明，4號(hào)、3號(hào)、1號(hào)機(jī)組均出現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)行情況（有功出力 0～20MW），出現(xiàn)被迫在不宜長(zhǎng)期運(yùn)行的低負(fù)荷振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，給電站安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大的壓力。

2滇西北電網(wǎng)無功平衡分析

2.1無功平衡的主要原則

根據(jù)無功功率“分層分區(qū)、就地平衡”的基本原則，500kV電網(wǎng)的無功功率應(yīng)盡量在本電網(wǎng)平衡，避免無功功率長(zhǎng)距離輸送。根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》要求，500kV線路的充電功率應(yīng)通過高低壓無功補(bǔ)償設(shè)備基本予以補(bǔ)償，高、低壓并聯(lián)電抗器總?cè)萘康难a(bǔ)償度不宜低于90%。

2.22013年滇西北地區(qū)無功平衡分析

經(jīng)過對(duì)近幾年滇西北片區(qū)無功平衡情況進(jìn)行分析：

2013年500kV大理片區(qū)無功情況由以下部分組成：功果橋～大理線路、大理～和平雙回線路大理側(cè)的一半、大理～黃坪?jiǎn)位鼐€路大理側(cè)的一半、大理變，該片區(qū)感性無功補(bǔ)償度為93.4%，為欠補(bǔ)償。endprint

2013年500kV大理、黃坪片區(qū)無功平衡情況由以下部分組成：功果橋～大理線路、大理～和平雙回線路大理側(cè)的一半、大理～黃坪?jiǎn)位鼐€路、黃坪～太安雙回線路黃坪側(cè)的一半、黃坪～仁和雙回線路黃坪側(cè)的一半、大理變、黃坪變，該片區(qū)感性無功補(bǔ)償度達(dá)到102%，為過補(bǔ)償。

大理片區(qū)豐水期大方式下，功果橋電站4臺(tái)機(jī)滿發(fā)，有功出力4×225MW。功果橋～大理單回 500kV線路上功果橋側(cè)流出的無功功率約11Mvar。功果橋4臺(tái)升壓變消耗的無功功率為118.2Mvar，功果橋電站機(jī)組需要發(fā)出無功129.2Mvar。此時(shí)功果橋電站500kV側(cè)電壓為539.0kV，大理變500kV側(cè)電壓為532.1kV。

大理片區(qū)2013年枯小方式下，功果橋電站開2臺(tái)機(jī)，有功出力150MW。功果橋～大理單回 500kV 線路上富余的充電功率約131.8Mvar，其中123.5Mvar 流向功果橋側(cè)。功果橋升壓變消耗的無功為13.5Mvar，功果橋機(jī)組需進(jìn)相110.0Mvar，機(jī)端電壓降低至15.0kV。此時(shí)功果橋電站500kV側(cè)電壓為 538.2kV（高于調(diào)度機(jī)構(gòu)要求的小方式下電站500kV側(cè)運(yùn)行電壓上限），大理變500kV側(cè)電壓為540.9kV。

3結(jié)論

經(jīng)過對(duì)功果橋電站機(jī)組運(yùn)行情況及滇西北2013年電網(wǎng)無功平衡分析可知，功果橋電站滿發(fā)時(shí)，電站送出線路和電站升壓變消耗無功功率較多，機(jī)組基本無需進(jìn)相運(yùn)行，電網(wǎng)電壓可以維持在合理水平。系統(tǒng)處于低谷時(shí)段運(yùn)行時(shí)特別是枯期低谷時(shí)段時(shí)，功果橋電站開一臺(tái)機(jī)即可滿足有功出力，但部分時(shí)段仍需增開1臺(tái)機(jī)組輕載進(jìn)相調(diào)壓。

隨著滇西北500kV電網(wǎng)的完善加強(qiáng)以及直流外送工程的建設(shè)，滇西北片區(qū)220kV及以上電網(wǎng)的感性無功缺額將逐漸縮小，感性無功補(bǔ)償度有所提高，此外隨著梨園、阿海等大型水電站的投產(chǎn)，電網(wǎng)調(diào)壓手段增多，屆時(shí)滇西北電網(wǎng)電壓偏高問題將在一定程度上緩解。但是，功果橋電站作為網(wǎng)絡(luò)的末端電廠，接入的大理變處于電網(wǎng)的送端，與主網(wǎng)聯(lián)系較弱，即使滇西北主網(wǎng)加強(qiáng)后，功果橋電站高壓側(cè)電壓仍較高，不滿足目前小方式下要求的運(yùn)行電壓范圍要求，因此，電站新增并聯(lián)電抗器主要是解決滇西北主網(wǎng)架形成過程中機(jī)組在枯期面臨的機(jī)組輕載進(jìn)相運(yùn)行問題，并能適應(yīng)遠(yuǎn)景年電網(wǎng)網(wǎng)架的變化。

因此，為解決電站送端母線電壓偏高、機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行問題，并為電站安全穩(wěn)定運(yùn)行留有一定的裕度，功果橋電站有必要新增并聯(lián)電抗器。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則（SD325-89）[S].中華人民共和國(guó)能源部.endprint