郭江濤,胡遠(yuǎn)婷,徐冰亮,郭 裊,劉 進(jìn)

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 調(diào)度控制中心,哈爾濱 150090; 2.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

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黑龍江電網(wǎng)典型火電廠輔機(jī)低電壓穿越能力分析

郭江濤1,胡遠(yuǎn)婷2,徐冰亮2,郭 裊2,劉 進(jìn)2

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 調(diào)度控制中心,哈爾濱 150090; 2.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

當(dāng)前火電廠輔機(jī)大多采用變頻技術(shù),不具備低電壓穿越能力,在故障情況下,存在系統(tǒng)損失大容量電源的安全隱患,嚴(yán)重威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此,針對(duì)黑龍江電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況,考慮到發(fā)生低電壓穿越時(shí)造成的嚴(yán)重影響和后果,以省內(nèi)4個(gè)典型火電廠為研究對(duì)象,分析了220 kV系統(tǒng)和500 kV系統(tǒng)三相短路故障后,發(fā)電廠輔機(jī)母線電壓跌落水平,并給出了火電廠輔機(jī)低電壓穿越能力評(píng)價(jià)指標(biāo)。

黑龍江電網(wǎng); 火電廠;輔機(jī);低電壓穿越;電壓跌落

低電壓穿越是指發(fā)電系統(tǒng)在確定時(shí)間內(nèi)承受一定限值的電網(wǎng)低電壓而不退出運(yùn)行的能力。目前多以風(fēng)電場和光伏電站為研究對(duì)象,進(jìn)行其低電壓穿越能力的研究,而忽略了火電廠輔機(jī)的低電壓穿越能力[1-3]。如果火電廠因雷擊、電氣設(shè)備短路、接地等引起電網(wǎng)和電廠廠用電短時(shí)電壓降低,將造成變頻器動(dòng)力電源低電壓和變頻器控制電源低電壓,致使變頻器低電壓閉鎖保護(hù)動(dòng)作;安裝有變頻器的輔機(jī)(電動(dòng)機(jī))會(huì)停止運(yùn)行,造成停爐、停機(jī)事故,使發(fā)電機(jī)失去對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定支撐的能力,從而使局部電網(wǎng)失去穩(wěn)定,造成事故擴(kuò)大[4]。

近年來,發(fā)電公司和設(shè)計(jì)單位在許多火電廠輔機(jī)的設(shè)計(jì)上都越來越傾向于采取變頻器技術(shù)[5-6]。然而,多數(shù)變頻器低電壓穿越能力差,甚至根本不具備這種能力。所以,本文以黑龍江電網(wǎng)為研究對(duì)象,選擇哈三A廠、哈三B廠、鶴崗B廠、七臺(tái)河廠4個(gè)火電廠為典型,對(duì)電廠220 kV系統(tǒng)、500 kV系統(tǒng)三相短路故障造成母線電壓降低時(shí),電廠輔機(jī)電壓跌落水平進(jìn)行分析。

1 分析條件

本次仿真分析采用電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)中暫態(tài)分析模塊,故障類型為發(fā)變組高壓側(cè)三相短路故障。

1) 由于黑龍江地區(qū)火電機(jī)組主要裝機(jī)容量為200、300和600 MW,通過220 kV系統(tǒng)或500 kV系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電,因此該報(bào)告中所選取的4個(gè)火電廠具有代表性,涵蓋了黑龍江電網(wǎng)火電廠的各種并網(wǎng)發(fā)電形式。

2) 報(bào)告中的系統(tǒng)側(cè)等值情況:依據(jù)2015年黑龍江省電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況。

3) 各電廠發(fā)電機(jī)、主變、高廠變及低廠變參數(shù)均為實(shí)際銘牌數(shù)據(jù)。

4) 報(bào)告中的各主變、高廠變以正常分接頭運(yùn)行(暫未考慮最大分接情況)。

5) 不考慮輔機(jī)電動(dòng)機(jī)反電勢對(duì)母線殘壓的影響。

2 典型火電廠輔機(jī)低電壓穿越能力分析

2.1 哈三A、B廠

哈三A廠2臺(tái)30萬kW機(jī)組和哈三B廠2臺(tái)60萬kW機(jī)組占哈爾濱地區(qū)總裝機(jī)容量的50%以上。因此哈三A廠和哈三B廠輔機(jī)的低電壓穿越能力對(duì)電網(wǎng)的安全有著重要的影響。

2.1.1 哈三A廠

一般情況下，建筑施工選址應(yīng)該按照當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、氣候、水質(zhì)、地質(zhì)條件等因素來選擇。在建筑設(shè)計(jì)中，要確保不破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，同時(shí)還要做到合理運(yùn)用有限資源，提高資源的利用效率。

哈三A廠有2臺(tái)20萬kW機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組都經(jīng)1個(gè)高廠變帶自身的廠用變壓器和負(fù)荷,包括低廠變、排粉機(jī)、磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵等,具體接線如圖1所示。

圖1 哈三A廠接線圖

當(dāng)哈三A廠220 kV系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí),母線電壓故障時(shí)刻降為0 kV,電廠輔機(jī)的電壓也會(huì)隨之降低,分析不同開機(jī)方式下,哈三A廠輔機(jī)的電壓降低情況。方式一:G1、G2全開。方式二:G1開機(jī)。故障類型:母線三相短路故障,故障持續(xù)時(shí)間0.12 s。

不同方式下哈三A廠母線三相短路故障引起的電壓降低如圖2所示。哈三A廠發(fā)生母線三相短路故障,故障切除后電廠輔機(jī)電壓跌落65%～68%,如表1所示。

2.1.2 哈三B廠

哈三B廠有2臺(tái)60萬kW機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組都經(jīng)2個(gè)高廠變帶自身的廠用變壓器和負(fù)荷,包括低廠變、輸煤變壓器、除塵變壓器、磨煤機(jī)、碎煤機(jī)等,具體接線如圖3所示。

圖2 不同方式下哈三A廠母線三相短路 故障引起的電壓降低

表1 哈三A廠發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)廠用電壓情況

圖3 哈三B廠接線圖

當(dāng)哈三B廠220 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),母線電壓故障時(shí)刻降為0 kV,電廠輔機(jī)的電壓也會(huì)隨之降低,分析不同開機(jī)方式下哈三B廠輔機(jī)的電壓降低情況。方式一:G3開機(jī)。方式二:G3、G4全開機(jī)。方式三:G3、G4各發(fā)電40萬kW。方式四:G3發(fā)電40萬kW;G4發(fā)電60萬kW。故障類型:母線三相短路故障,故障持續(xù)時(shí)間0.12 s。

不同方式下哈三B廠母線三相短路故障引起的電壓降低如圖4所示。

圖4 不同方式下哈三B廠母線三相短路 故障引起的電壓降低

2.2 鶴崗B廠

鶴崗B廠有1臺(tái)60萬kW機(jī)組,下經(jīng)1個(gè)高廠變帶自身的廠用變壓器和負(fù)荷,包括廠用工作變、檢修變、輸煤變、除塵變等,具體接線如圖5所示。當(dāng)鶴崗B廠500 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),母線電壓故障時(shí)刻降為0 kV,電廠輔機(jī)的電壓也會(huì)隨之降低,分析不同方式下鶴崗B廠輔機(jī)的電壓降低情況。方式一:故障持續(xù)時(shí)間0.12 s。方式二:故障持續(xù)時(shí)間0.5 s。

表2 哈三B廠發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)廠用電壓情況

圖5 鶴崗B廠接線圖

不同方式下鶴崗B廠母線三相短路故障引起的電壓降低如圖6所示。

圖6 不同方式下鶴崗B廠母線三相短路 故障引起的電壓降低

鶴崗B廠發(fā)生母線三相短路故障,故障切除后電廠輔機(jī)電壓降低程度為68%～75%,如表3所示。

表3 鶴崗B廠發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)廠用電壓情況

2.3 七臺(tái)河電廠

七臺(tái)河電廠共有發(fā)電機(jī)組4臺(tái),分別為2臺(tái)35 萬kW機(jī)組(G1、G2)和2臺(tái)60萬kW機(jī)組(G3、G4)。電廠出線較為復(fù)雜,G1、G2可經(jīng)220 kV或500 kV母線并網(wǎng)發(fā)電,G3、G4經(jīng)500 kV母線并網(wǎng)發(fā)電,具體接線方式如圖7所示。

圖7 七臺(tái)河電廠接線圖

七臺(tái)河電廠的4臺(tái)發(fā)電機(jī)組都經(jīng)1個(gè)高廠變帶自身的廠用變壓器和負(fù)荷,包括工作變、除塵變、輸煤變、照明變等。當(dāng)七臺(tái)河廠220 kV母線或500 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),母線電壓故障時(shí)刻降為0 kV,電廠輔機(jī)的電壓也會(huì)隨之降低,根據(jù)黑龍江省電網(wǎng)運(yùn)行方式的規(guī)定,分析七臺(tái)河廠不同開機(jī)方式下,輔機(jī)的電壓降低情況。故障方式如表4所示,220 kV母線故障切除時(shí)間0.2 s,500 kV母線故障切除時(shí)間0.12 s。

表4 故障方式

注:分裂運(yùn)行即為1臺(tái)600 MW機(jī)組和1臺(tái)350 MW機(jī)組通過七云甲乙線并網(wǎng);另1臺(tái)350 MW機(jī)組通過七河線、七民線并網(wǎng)。

不同方式下七臺(tái)河廠500 kV母線三相短路故障引起的電壓降低如圖8所示。

圖8 不同方式下七臺(tái)河廠500 kV母線三相短路故障引起的電壓降低

七臺(tái)河電廠發(fā)生220 kV母線三相短路故障,故障切除后在不同的開機(jī)方式下,220 kV母線下電廠輔機(jī)電壓降低程度為64%～68%,如表5所示;500 kV母線發(fā)生三相短路故障,故障切除后在不同的開機(jī)方式下,500 kV母線下電廠輔機(jī)電壓降低程度為62%～67%,如表6所示。

表5 七臺(tái)河廠220 kV母線發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)廠用電壓情況

表6 七臺(tái)河廠500 kV母線發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)廠用電壓情況

3 結(jié) 論

1) 哈三A廠220 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),電廠輔機(jī)電壓跌幅約為65%～68%,6 kV母線電壓最大跌幅為66%,380 V母線電壓最大跌幅為68%。

2) 哈三B廠220 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),電廠輔機(jī)電壓跌幅約為70%～71%,6 kV母線電壓最大跌幅為70%,380 V母線電壓最大跌幅為71%。

3) 鶴崗B廠500 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),電廠輔機(jī)電壓跌幅最大約為75%,6 kV母線電壓最大跌幅為74%,380 V母線電壓最大跌幅為75%。

4) 七臺(tái)河電廠220 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),電廠輔機(jī)電壓跌幅約為64%～68%,6 kV母線電壓最大跌幅為65%,380 V母線電壓最大跌幅為68%;七臺(tái)河電廠500 kV母線發(fā)生三相短路故障時(shí),電廠輔機(jī)電壓跌幅約為62%～67%,6 kV母線電壓最大跌幅為65%,380 V母線電壓最大跌幅為67%。

5) 黑龍江省火電廠出口側(cè)電網(wǎng)故障時(shí),廠用電電壓跌幅約為62%～75%,電壓等級(jí)越低,則電壓跌幅越大。考慮到應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑６?火電廠輔機(jī)低電壓穿越能力指標(biāo)可設(shè)為0.2 p.u.。

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(責(zé)任編輯 郭金光)

Ability analysis of Heilongjiang power grid typical thermal power plant auxiliary equipments low voltage ride-through

GUO Jiangtao, HU Yuanting, XU Bingliang, GUO Niao, LIU Jin

(1. Dispatching Control Center, State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150090, China;2. Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

Thermal power plant auxiliary equipments adopt converter technique mostly, It doesn’t have the ability of low voltage ride-through. It will result in safe hidden trouble of losing high capability electrical source. It is baneful for safe and stable running of the whole power system. Considering the severe influence and result which be brought by low voltage ride-through. Aiming at the actual operating mode of Heilongjiang power grid, this paper takes Heilongjiang province four typical thermal power plant as studying objects. Analyzing the voltage dip level of thermal power plant auxiliary equipments after happening 220 kV and 500 kV system three-phase short-circuit fault. Putting forward the estimate index of the ability of thermal power plant auxiliary equipments low voltage ride-through.

Heilongjiang Grid; thermal power plant; auxiliary equipment; low voltage ride-through; voltage dip

2015-11-23。

郭江濤(1964—),男,高級(jí)工程師,主要從事電力調(diào)度生產(chǎn)運(yùn)行工作。

TM761

A

2095-6843(2016)02-0109-05