王 偉
(中核核電運行管理有限公司,浙江 海鹽 314300)
電力系統(tǒng)在節(jié)假日或午夜等系統(tǒng)負荷處于低谷時間段,電網(wǎng)中常出現(xiàn)大量無功過剩情況,結(jié)果導致電網(wǎng)電壓升高,甚至超過電網(wǎng)電壓的允許值,這不僅影響了供電質(zhì)量,還會使電網(wǎng)損耗增加,影響電網(wǎng)的經(jīng)濟運行,同時也威脅電氣設(shè)備特別是磁通密度較高的大型變壓器的安全用電。利用發(fā)電機進相運行來吸收電網(wǎng)過剩的無功功率,可以解決電網(wǎng)低谷運行期間無功功率過剩、電壓過高問題,發(fā)電機進相運行是改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最有效而又經(jīng)濟的必要措施之一。
發(fā)電機進相運行要確定發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限問題、發(fā)電機端部鐵心因漏磁引起發(fā)熱和機端電壓降低等問題。由制造廠提供的發(fā)電機運行極限圖是按照發(fā)電機設(shè)計參數(shù)確定的,不能直接作為發(fā)電機進相運行的依據(jù),故發(fā)電機進相運行參數(shù)還需通過試驗來確定。
方家山核電的汽輪發(fā)電機構(gòu)造及原理和火電機組的基本相同,因此核電機組進行試驗的限制條件按照《同步發(fā)電機進相運行試驗導則》中火電機組的要求來確定,進相運行的限制條件主要包括:發(fā)電機功角、機端電壓、廠用電電壓、主變壓器高壓側(cè)電壓、發(fā)電機定子端部溫升、發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性等。其中靜態(tài)穩(wěn)定性限制主要體現(xiàn)在進相無功和功角的控制。發(fā)電機無功進相參照發(fā)電機靜穩(wěn)圓并保留適當裕度[1]。
表1 2 號發(fā)電機參數(shù)表
表2 2 號主變主要參數(shù)表
根據(jù)同步發(fā)電機進相試驗導則(Q/GDW 746-2012)確定了進相試驗限制條件具體要求:根據(jù)功角相對于極限功角90°要留有15 至20°的安全裕度,試驗前確定發(fā)電機功角不能超過70°;發(fā)電機機端電壓不小于90%額定電壓(24*0.9=21.6KV);機端電流不大于額定電流29108A;廠用電電壓不低于95%額定電壓(6.6*0.95=6.27KV),進相試驗時廠用電不低于6.3KV;主變壓器高壓側(cè)電壓即500KV 母線電壓不低于電網(wǎng)規(guī)定值;發(fā)電機定子線圈、定子鐵芯、銅屏蔽等各部位的溫升不超過機組運行中的限制值。
秦山核電廠擴建項目(方家山核電工程)以下簡稱方家山核電廠,規(guī)劃建設(shè)2×1000MW 級核電機組,機組分別以發(fā)電機-主變壓器單元接線升壓至500kV 系統(tǒng),發(fā)電機出口設(shè)斷路器。發(fā)電機出口由封閉母線經(jīng)出口開關(guān)與主變壓器及兩臺高壓廠用變壓器連接。勵磁方式為自并勵旋轉(zhuǎn)無刷勵磁系統(tǒng)。本文針對2 號發(fā)電機組進相試驗進行分析。
2 號發(fā)電機參數(shù)及失磁保護定值見表1,2 號主變主要參數(shù)見表2。
試驗前首先分析了發(fā)電機低勵限制曲線和發(fā)電機失磁保護配合關(guān)系,低勵限制應(yīng)先于失磁保護動作,避免發(fā)電機進相運行時進入發(fā)電機失磁保護動作區(qū)造成失磁保護誤動作。方家山發(fā)電機的失磁保護是在阻抗坐標系內(nèi)按照發(fā)電機的異步阻抗圓整定的,勵磁系統(tǒng)的低勵限制曲線是在PQ 坐標系內(nèi)整定的。為便于比較低勵限制與失磁保護配合關(guān)系,需將失磁保護從阻抗坐標系轉(zhuǎn)換到PQ 坐標系中。
方家山2 號發(fā)電機失磁保護轉(zhuǎn)換至PQ 坐標系后的功率方程如下[2]:
式中X0=Z11+(Z21-Z11)/2=0.541Ω,R0=(Z21-Z11)/2=0.466Ω,發(fā)電機電壓取U=0.95Un。將其代人式(1)得發(fā)電機失磁保護功率圓:
P2+(Q+3714)2<32002曲線1
由導則Q/GDW 746-2012 可知,發(fā)電機靜穩(wěn)功率極限圓方程為:
式中:UG為發(fā)電機機端電壓;X∑S為發(fā)電機外電抗;XG為發(fā)電機直軸同步電抗。結(jié)合發(fā)電機的實際運行工況,靜穩(wěn)極限功率圓應(yīng)留有一定的儲備系數(shù),一般取為10%,即靜穩(wěn)圓圓心和半徑乘以系數(shù)0.9[3],將方家山參數(shù)代入式(2)得發(fā)電機靜穩(wěn)圓:
勵磁系統(tǒng)低勵限制定值見表3。
表3 低勵限制定值表
將失磁保護功率圓、發(fā)電機靜穩(wěn)圓和低勵限制曲線繪制在同一PQ 坐標系內(nèi),如圖1 所示。
圖1 PQ 坐標下失磁保護、低勵限制曲線圖
圖1 中,曲線2 為發(fā)電機靜穩(wěn)圓,圓內(nèi)為穩(wěn)定區(qū);曲線1 為發(fā)電機失磁保護功率圓,圓內(nèi)為動作區(qū)域;曲線3 為勵磁系統(tǒng)低勵限制曲線,曲線下方為低勵限制動作區(qū)域。從圖中可看出,低勵限制曲線在失磁保護功率圓上方,兩者配合合理,裕度充分;低勵限制曲線在發(fā)電機靜穩(wěn)圓內(nèi),兩者之間裕度充分;發(fā)電機靜穩(wěn)圓與失磁保護功率圓存在部分重疊,但由于低勵限制曲線與失磁保護功率圓之間有較大裕度,發(fā)電機在進相運行時會受到低勵限制曲線限制,不會進入失磁保護圓內(nèi)發(fā)生失磁保護誤動作的情況。
試驗期間2 號發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置投入運行,主變設(shè)置為額定檔。由于方家山核電機組運行時無輔助變供廠用電的運行方式,所以試驗只在高壓廠變供電的方式下進行。為確保廠用電安全,試驗時未調(diào)整高壓廠變的檔位。進相試驗在如下三種工況下進行:
工況一:P=545MW,Q=-94.1Mvar(進相);
工況二:P=785MW,Q=-64.4Mvar(進相);
工況三:P=1089MW,Q=-15.4Mvar(進相)。
進相試驗測量的電氣量數(shù)據(jù)見表4,測得的發(fā)電機溫升數(shù)據(jù)見表5[4]。
表4 電氣量測量數(shù)據(jù)表
表5 發(fā)電機溫升數(shù)據(jù)表
由表4 和表5 可知,在三個進相試驗工況中,發(fā)電機功角均控制在70 度以內(nèi);發(fā)電機機端電壓均不低于預(yù)定限值21.6KV 并有一定裕量;發(fā)電機定子線圈、定子鐵芯、銅屏蔽等各部位的溫度都在其溫度限值內(nèi)并有較大裕度;500KV 母線電壓不低于系統(tǒng)規(guī)定值;只有廠用電6.6KV 母線電壓最低達到6.3KV,接近最低限值,因此廠用電電壓是限制三個工況下機組進相深度的主要原因。為確保機組及廠用電安全,試驗時采取保守原則,進相試驗終止于廠用電電壓限值。
根據(jù)上述圖表中數(shù)據(jù),試驗的三種進相工況保留了足夠的靜穩(wěn)定裕度。廠用電電壓雖然接近預(yù)定限值,但發(fā)電機電流和主要廠用負荷的電流上升不大并低于額定電流,并且廠用變壓器低壓側(cè)電壓在允許運行范圍內(nèi)。因此機組在上述進相工況下能夠安全穩(wěn)定的運行。
方家山2 號發(fā)電機組在三個進相試驗工況下所測得的電氣量、功角和發(fā)電機各部位溫升數(shù)據(jù)表明,方家山2 號發(fā)電機具備相應(yīng)工況下進相運行的能力。發(fā)電機進相運行擴大了機組穩(wěn)定運行范圍,增加了電網(wǎng)調(diào)度對系統(tǒng)有功、無功潮流調(diào)配能力,保障系統(tǒng)電壓變化更加平穩(wěn)。
[1]Q/GDW 746-2012.同步發(fā)電機進相試驗導則[S].北京:中國電力出版社,2012.
[2]孟凡超.發(fā)電機進相運行引起失磁保護誤動作的事故分析[J].陜西電力,2011(04):82-84
[3]郭春平,余振,殷修濤.發(fā)電機低勵限制與失磁保護的配合整定計算[J].中國電機工程學報,2012,32(28):129-132
[4]俞盧濤.方家山核電工程2 號發(fā)電機進相試驗調(diào)試報告[S].中核核電運行管理有限公司方家山調(diào)試隊,2015:24-42.