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        發(fā)電機(jī)并網(wǎng)波形分析及定值調(diào)整

        2015-12-23 01:41:24段進(jìn)寬
        物理通報(bào) 2015年7期
        關(guān)鍵詞:端電壓合閘定值

        段進(jìn)寬

        [華能(天津)煤氣化發(fā)電有限公司 天津 300452]

        汪 照

        (天津華能楊柳青熱電有限公司 天津 300380)

        陳 君

        [華能(天津)煤氣化發(fā)電有限公司 天津 300452]

        ?

        發(fā)電機(jī)并網(wǎng)波形分析及定值調(diào)整

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        [華能(天津)煤氣化發(fā)電有限公司天津300452]

        汪 照

        (天津華能楊柳青熱電有限公司天津300380)

        陳 君

        [華能(天津)煤氣化發(fā)電有限公司天津300452]

        摘 要:在電力生產(chǎn)中,為了減少發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中造成的沖擊,需要對(duì)發(fā)電機(jī)同期裝置進(jìn)行合適的設(shè)定.文章介紹了“一拖一”機(jī)組中燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)和蒸汽輪發(fā)電機(jī)的同期系統(tǒng),通過(guò)理論計(jì)算和同期試驗(yàn)波形分析,得出了較為合理的同期裝置的參數(shù)設(shè)定值,對(duì)發(fā)電機(jī)同期裝置的整定計(jì)算有一定的借鑒意義.

        關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī)并網(wǎng)同期裝置沖擊波形

        1引言

        自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置能夠自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的電壓、頻率和相位差,促使準(zhǔn)同期條件得到滿足,從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)確并網(wǎng).如果發(fā)電機(jī)非同步并列,會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)拉入同步運(yùn)行,將發(fā)生巨大的電流沖擊,使機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng),發(fā)出鳴音.最嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生20至30倍額定電流的沖擊,產(chǎn)生的電動(dòng)力和發(fā)熱量很大,是發(fā)電機(jī)和所連設(shè)備(如斷路器、變壓器)不能承受的,它會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子繞組變形、彎曲、絕緣崩裂、定子繞組并頭套溶化,甚至將定子繞組燒毀等嚴(yán)重后果[1].還會(huì)引起發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)間產(chǎn)生的振蕩,危機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行.所以為了避免發(fā)電機(jī)非同步并網(wǎng),做好同期裝置定值的計(jì)算和調(diào)整是尤為關(guān)鍵的.

        2主接線系統(tǒng)介紹

        以某電廠“一拖一”機(jī)組為例,燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱燃機(jī))和蒸汽輪發(fā)電機(jī)(簡(jiǎn)稱汽機(jī))容量分別為180MW和100MW,2臺(tái)發(fā)電機(jī)組均采用發(fā)電機(jī)——變壓器組單元接線方式接入220kV系統(tǒng).燃機(jī)和汽機(jī)出口電壓分別為18kV和10.5kV,兩臺(tái)主變壓器為YNd11接線,變比分別為(242±2×2.5%)/18kV和(242±2×2.5%)/10.5kV.

        3準(zhǔn)同期并列基本條件

        發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并網(wǎng)必須滿足以下條件:

        (1)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓應(yīng)接近相等,誤差不應(yīng)超過(guò)5%~10%.

        (2)發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率應(yīng)接近相等,誤差不應(yīng)超過(guò)0.2%~0.5%.

        (3)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相角差接近零度時(shí),斷路器觸頭剛好接通[2].

        如果并網(wǎng)時(shí)電壓的差值越大,沖擊電流就越大;頻率的差值越大,沖擊電流的周期越短,引發(fā)電網(wǎng)振蕩就越強(qiáng)烈;電壓相角差越大,沖擊電流就越大.當(dāng)電壓相角差為120°時(shí),沖擊電流類(lèi)似于三相短路;當(dāng)相角差為180°時(shí),沖擊電流是平常三相短路的2倍[3].

        4燃機(jī)同期并網(wǎng)系統(tǒng)

        4.1系統(tǒng)介紹

        燃機(jī)同期裝置為西門(mén)子7VE63,裝置具有錄波功能,可以錄取斷路器合閘時(shí)刻各個(gè)參數(shù)的波形.系統(tǒng)側(cè)電壓互感器為Y0/Y0接線方式,三相電壓均接入同期裝置.發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器為Y0/Y0接線方式,三相電壓經(jīng)轉(zhuǎn)角變后接入同期裝置.轉(zhuǎn)角變的分接頭的擋位設(shè)置與主變壓器相同,變比為(0.11±2×2.5%)/0.1,接線方式與主變相反,為Dy1接線.系統(tǒng)電壓U1和機(jī)端電壓U2分別取AB兩相的線電壓(二次值).

        機(jī)端和系統(tǒng)電壓取不同倍數(shù)的標(biāo)稱電壓值,這樣也會(huì)影響到兩側(cè)二次電壓的幅值,而主變接線方式又影響兩側(cè)電壓相角.所以要采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施,保證發(fā)電機(jī)安全可靠的并網(wǎng).在機(jī)端PT回路中使用轉(zhuǎn)角變是非常準(zhǔn)確有效的方法,這是西門(mén)子同期裝置慣用的.

        系統(tǒng)額定電壓為242kV,發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓為18kV,所以系統(tǒng)電壓U1和經(jīng)轉(zhuǎn)角變后機(jī)端電壓U2的二次值可按下式計(jì)算

        U1=242kV(1+N%)/(220/0.1)=

        110(1+N%)V

        U2=18kV×1.1(1+n%)/(18/0.1)=

        110(1+n%)V

        式中:N,n分別為主變分接頭擋位和轉(zhuǎn)角變擋位,在此可取0,±1×2.5,±2×2.5;220/0.1為系統(tǒng)電壓互感器變比,18/0.1為機(jī)端電壓互感器變比.

        由此可見(jiàn),只有當(dāng)N=n時(shí)U2和U1電壓幅值相等.再?gòu)南辔唤嵌瓤矗髯儔浩鳛閅Nd11接線方式,機(jī)端電壓超前系統(tǒng)電壓30°,而通過(guò)轉(zhuǎn)角變后,機(jī)端PT電壓被矯正30°后得到U2和U1同相位.

        4.2同期裝置主要參數(shù)設(shè)定

        在發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)準(zhǔn)備工作中,要使同期屏上的轉(zhuǎn)角變與主變壓器的分接頭檔位一致.這樣,拆開(kāi)發(fā)電機(jī)出口軟連接銅排,發(fā)電機(jī)與主變壓器在電氣回路上斷開(kāi),而機(jī)端電壓互感器與主變壓器保持連接.手動(dòng)合上斷路器(主變壓器高壓側(cè))后,由系統(tǒng)向主變壓器送電,進(jìn)行同期核相,同期裝置就可以測(cè)量到系統(tǒng)和機(jī)端電壓幅值、相位;若壓差和相角差較大,需要檢查一二次電壓相序是否一致,確認(rèn)壓差和相角差是否由于二次接線引起,再計(jì)算電壓補(bǔ)償系數(shù)和相角補(bǔ)償角度.

        相角補(bǔ)償角度=ΦU2-ΦU1

        如果沒(méi)有外部補(bǔ)償裝置,或者兩組PT的測(cè)量誤差比較大,則需要根據(jù)主變壓器倒送電時(shí)所測(cè)實(shí)際值按上述兩計(jì)算式進(jìn)行補(bǔ)償,并在裝置中進(jìn)行設(shè)定.本例中待并斷路器兩側(cè)的電壓經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)角變補(bǔ)償,同期裝置中主要參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1.

        表1 燃機(jī)同期裝置主要參數(shù)

        表1中“壓差”和“頻差”項(xiàng)的+號(hào)表示機(jī)端數(shù)值大于系統(tǒng),這樣沖擊電流的方向是由發(fā)電機(jī)流向系統(tǒng),可以一定程度上減少發(fā)電機(jī)受到的沖擊.越前時(shí)間值保證系統(tǒng)與機(jī)端電壓相角差接近零度時(shí),斷路器觸頭剛好接通,該時(shí)間值需要在假同期過(guò)程中進(jìn)行實(shí)測(cè).假同期與同期合閘的唯一區(qū)別是在斷路器兩側(cè)隔離刀閘分開(kāi)的條件下合上斷路器.

        4.3分析波形

        假同期和同期合閘時(shí)裝置所錄波形如圖1和圖2,圖中SyncON1-Sig,SyncON2-Sig,SyncON-

        Sig,UNITCBON分別代表裝置合閘出口1,裝置合閘出口2,發(fā)出合閘脈沖、斷路器合閘反饋.當(dāng)同期裝置的兩個(gè)合閘出口節(jié)點(diǎn)SyncON1-Sig和SyncON2-Sig都閉合后,同期裝置發(fā)出合閘脈沖SyncON-Sig接通斷路器合閘回路.圖中從同期裝置發(fā)出合閘脈沖SyncON-Sig到斷路器合閘反饋信號(hào)UNITCBON返回的時(shí)間(如圖中豎線C1和豎線C2間)分別為88ms和87ms,裝置內(nèi)部的繼電器動(dòng)作時(shí)間為100-88(87)=12ms(13ms),這部分時(shí)間未錄入波形中.

        從圖1中可以看到,同期合閘時(shí)壓差、頻差及角差瞬時(shí)值分別為

        dU1=U2-U1=+0.2V

        df1=f2-f1≈+0.05

        dA1=-0.6°

        圖1 燃機(jī)假同期合閘波形圖

        從圖2中可以看到,同期合閘時(shí)壓差、頻差及角差瞬時(shí)值分別為

        dU2=U2-U1=+1.0V

        df2=f2-f1≈+0.05

        dA2=-0.4°

        圖2 燃機(jī)同期合閘波形

        兩次合閘過(guò)程的壓差、頻差和角差均在定值范圍內(nèi),所以同期裝置沒(méi)有發(fā)出對(duì)U2及f2調(diào)整的指令.另外,從波形中可以清楚的看到假同期合閘后壓差、頻差和角差依然存在;而同期并網(wǎng)后,發(fā)電機(jī)已被拉入同步,壓差、頻差和角差基本為零.合閘時(shí)其他參數(shù)見(jiàn)表2.

        表2 燃機(jī)假同期與同期合閘時(shí)主要參數(shù)

        4.4修改定值

        假同期合閘時(shí)角差dA1=-0.6°,滿足角差基本為零的要求.由兩次合閘波形數(shù)據(jù)可見(jiàn),220kV斷路器合閘時(shí)的壓差都在1V以內(nèi),頻差都在0.05Hz以內(nèi),角差基本為零.最終將壓差定值由2V修改為1V,將頻差值由0.07Hz修改為0.05Hz,維持合閘越前時(shí)間100ms不變.

        5汽機(jī)同期并網(wǎng)系統(tǒng)

        5.1系統(tǒng)介紹

        汽機(jī)同期裝置是深圳市智能SID-2C型,系統(tǒng)電壓取用的是母線PT開(kāi)口三角的UA,機(jī)端電壓用Uac.

        5.2汽機(jī)同期裝置主要參數(shù)

        圖3 汽機(jī)同期電壓向量圖

        在變壓器倒送電進(jìn)行同期核相時(shí),要記錄系統(tǒng)和機(jī)端PT二次電壓.拆開(kāi)發(fā)電機(jī)出口三相連接銅排,做好安全隔離措施,合上斷路器,對(duì)變壓器進(jìn)行全壓沖擊.檢查斷路器兩側(cè)二次電壓,測(cè)得系統(tǒng)二次電壓為104V,機(jī)端二次電壓為97V,作兩側(cè)電壓整定值的參考[4],此過(guò)程中汽機(jī)主變分接頭在-2.5%擋.合閘越前時(shí)間可以參照裝置實(shí)測(cè)數(shù)值,同期裝置發(fā)出合閘指令后自動(dòng)測(cè)量斷路器合閘時(shí)間.假同期試驗(yàn)前同期裝置中主要參數(shù)定值見(jiàn)表3.

        表3 汽機(jī)同期裝置主要參數(shù)定值

        5.3分析波形

        假同期合閘時(shí)裝置所錄波形如圖4和圖5,圖中K豎線為斷路器合閘時(shí)刻,UA1和UA2分別為系統(tǒng)和機(jī)端電壓值,錄波器中已經(jīng)將機(jī)端電壓UA2換算到系統(tǒng),KK1和K1為接入裝置的斷路器狀態(tài),圖中最底部顯示斷路器由分到合變位情況.

        圖4 第一次假同期合閘波形

        圖5 第二次假同期合閘波形

        第一次假同期合閘波形中壓差值為10 137V,而機(jī)端電壓為227 470V(已折算至系統(tǒng)側(cè)),計(jì)算壓差百分比為

        dU1=10 137/227 470=0.445=4.45%

        5.4修改定值

        由兩次合閘波形可知,220kV斷路器合閘時(shí)壓差可以控制在1.1%以內(nèi),角差基本為零.最終壓差和頻差定值分別修改為+1.5%和+0.15Hz,維持合閘越前時(shí)間125ms不變.

        6結(jié)束語(yǔ)

        同期裝置定值的設(shè)定需要在分析假同期波形后,適當(dāng)調(diào)整壓差、頻差和越前時(shí)間等,可以減輕對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊,如果設(shè)定值調(diào)整的過(guò)小可能會(huì)發(fā)生并網(wǎng)超時(shí).本例兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的同期裝置各有特點(diǎn),在回路設(shè)計(jì)上有很大不同.同期裝置的設(shè)定值關(guān)系到電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行,要做好其設(shè)定需要綜合考慮裝置原理、回路特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn).

        參 考 文 獻(xiàn)

        1溫玲玲,邵玉,等.某電廠非同期合閘事故分析報(bào)告.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2010

        2許正亞.電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置.上海:電力工業(yè)出版社,1980

        3許揚(yáng),陸于平.非同期合閘對(duì)發(fā)電機(jī)-變壓器組差動(dòng)保護(hù)的影響及解決措施.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008

        4SID-2CM同期說(shuō)明書(shū).

        收稿日期:(2014-11-21)

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