褚召偉　王雷　王超　周永平

摘 要：針對(duì)某水電廠并網(wǎng)出現(xiàn)的無(wú)功沖擊情況，分析了其產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的改善方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)組并網(wǎng)；無(wú)功沖擊；電網(wǎng)；水電廠

中圖分類號(hào)：TV738 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.112

某水電廠位于黃河上游，共裝有5臺(tái)大型水輪發(fā)電機(jī)組，電氣接線采用發(fā)電機(jī)-變壓器單元組接線。其中，1號(hào)機(jī)、2號(hào)機(jī)采用外橋接線接入220 kV系統(tǒng)。該水電廠為西北電網(wǎng)主要的調(diào)頻調(diào)峰廠，需要頻繁開(kāi)停機(jī)操作。

1 并網(wǎng)沖擊原因分析

發(fā)電機(jī)組在開(kāi)機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中，要求斷路器兩側(cè)電源的電壓幅值差、頻率差、相位差都為0，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，只要在合適的范圍內(nèi)，保證斷路器合閘時(shí)沖擊電流較小，發(fā)電機(jī)能順利拉入同步即可。某水電廠機(jī)組并網(wǎng)采用自準(zhǔn)方式并列，使用SJ-12C/S8雙微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列裝置實(shí)現(xiàn)，對(duì)頻率差、相位差和合閘導(dǎo)前時(shí)間等參數(shù)的控制都較為準(zhǔn)確。機(jī)組同期并網(wǎng)系統(tǒng)中，機(jī)組同期回路系統(tǒng)側(cè)電壓取自線路側(cè)電壓互感器，待并側(cè)電壓取自主變壓器低壓側(cè)電壓互感器。

一次調(diào)度下令2號(hào)機(jī)組開(kāi)機(jī)并網(wǎng)，在并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生較大的沖擊聲。一般情況下，機(jī)組并網(wǎng)時(shí)所出現(xiàn)的沖擊現(xiàn)象基本上是因機(jī)組的非同期并列引起的，檢查發(fā)現(xiàn)，同期裝置本身動(dòng)作正常。調(diào)用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，合閘瞬間發(fā)電機(jī)定子上有大約1 000 A的沖擊電流，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的有功功率幾乎為0，因此，全部表現(xiàn)為無(wú)功沖擊。

2 無(wú)功沖擊過(guò)程的計(jì)算

2.1 電氣設(shè)備的主要參數(shù)

2號(hào)發(fā)電機(jī)組額定有功P=255 MW，額定電流In=10 386 A，功率因數(shù)cosφ=0.9，額定電壓Ue=15.75 kV，2號(hào)主變壓器額定容量Se=300 MVA，電壓為242±2×2.5%/15.75 kV，Uk=13.99%.

2.2 無(wú)功沖擊的計(jì)算

2號(hào)機(jī)開(kāi)機(jī)前，1號(hào)機(jī)已與系統(tǒng)并網(wǎng)，計(jì)算可得2號(hào)機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系阻抗為0.129 8，查詢上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2號(hào)機(jī)組斷路器合閘瞬間發(fā)電機(jī)定子三相電流有效值分別分別為998 A、987 A、938 A，取平均值得974 A，換算為高壓側(cè)電流Ie=63.4 A，高壓側(cè)基準(zhǔn)電流I=235.58 A，高壓側(cè)電流標(biāo)幺值為0.266.

假設(shè)機(jī)組并列時(shí)fg=fxt（fg為發(fā)電機(jī)頻率，fxt為系統(tǒng)頻率），Ug≠Uxt（Ug為發(fā)電機(jī)電壓，Uxt為系統(tǒng)電壓），δ= 0（δ為待并兩側(cè)電勢(shì)相角差）。斷路器合閘時(shí)，斷路器壓差標(biāo)幺值ΔU=0.035，壓差有名值ΔU=8.5 kV。

當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)空載時(shí)主變高壓側(cè)電壓為231.9 kV時(shí)，系統(tǒng)電壓為237.1 kV，壓差為5.2 kV，小于實(shí)際產(chǎn)生無(wú)功沖擊的壓差，其余壓差主要由頻率差和相角差造成，并網(wǎng)瞬間有功功率幾乎為0，由此計(jì)算機(jī)組并網(wǎng)瞬間的無(wú)功沖擊Q=26.6 MVar。

3 計(jì)算結(jié)果分析及改進(jìn)方案

3.1 沖擊的危害

沖擊電流的電動(dòng)力對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組、變壓器繞組均產(chǎn)生沖擊，沖擊功率為無(wú)功性質(zhì)。通過(guò)查詢監(jiān)控系統(tǒng)上歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的無(wú)功值最大曾達(dá)到-40 MVar，定子繞組端部機(jī)械強(qiáng)度最弱，這種沖擊日積月累會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成致命傷害，應(yīng)采取措施減小沖擊電流對(duì)其造成的危害。

3.2 改進(jìn)方案

產(chǎn)生無(wú)功沖擊的主要原因是電壓偏差。220 kV系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行電壓多數(shù)控制在230～240 kV。2號(hào)機(jī)組采用型號(hào)為SAVR2000的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在接到開(kāi)機(jī)令后，自動(dòng)將電壓給定值設(shè)置為30%，升壓后達(dá)到30%的額定值時(shí)，調(diào)節(jié)器再以一個(gè)可以調(diào)整的速度逐步增加電壓給定值，使發(fā)電機(jī)電壓上升到預(yù)置值，預(yù)置值可通過(guò)軟件修改。2號(hào)機(jī)組的預(yù)置值為15.15 kV，換算到主變高壓側(cè)電壓為232 kV。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的電壓越高，沖擊電流越大。因此，降低電壓差為主要目標(biāo)，由于系統(tǒng)電壓無(wú)法改變，只能改變并網(wǎng)時(shí)的機(jī)端電壓，而其由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。

3.2.1 手動(dòng)調(diào)整并網(wǎng)前機(jī)組機(jī)端電壓

當(dāng)發(fā)電機(jī)至空載態(tài)后，可以手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組機(jī)端電壓，也可以手動(dòng)調(diào)整同期裝置的增減壓把手來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組機(jī)端電壓。機(jī)端電壓穩(wěn)定之后，上位機(jī)下發(fā)并網(wǎng)令，啟動(dòng)同期裝置進(jìn)行準(zhǔn)同期并網(wǎng)，這在一定程度上減弱了機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程中的無(wú)功沖擊。

3.2.2 改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)方式調(diào)節(jié)機(jī)端電壓、維持機(jī)端電壓平衡，目前，機(jī)組采用的反饋量為發(fā)電機(jī)端電壓。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在空載狀態(tài)下為給定值，不會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到空載態(tài)后，將反饋量設(shè)置為電網(wǎng)電壓，如圖1所示。機(jī)組至空載態(tài)后自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)電壓，將調(diào)節(jié)機(jī)組電壓與電網(wǎng)電壓一致，這樣會(huì)大大降低機(jī)組同期的無(wú)功沖擊。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)功沖擊日積月累就會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的壽命，一次設(shè)備價(jià)格昂貴且不易于更換。本文通過(guò)探討得到了兩種改進(jìn)方案，降低了發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的電壓差值，減小了發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的無(wú)功沖擊：①采用手動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓的方式，一定程度上減小了并網(wǎng)時(shí)的無(wú)功沖擊，但需要將機(jī)組的開(kāi)機(jī)過(guò)程分步操作，并手動(dòng)調(diào)整機(jī)端電壓，給自動(dòng)開(kāi)機(jī)帶來(lái)了不便，增加了操作任務(wù)量；②通過(guò)改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給定值方式，使機(jī)端電壓自動(dòng)跟蹤并調(diào)整到電網(wǎng)電壓，這能更好地減弱發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的無(wú)功沖擊，且不需要增加額外的工作量。

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〔編輯：張思楠〕