熊鴻韜，陸海清，張建承，沈軼君，汪宗恒

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

附加調(diào)差系數(shù)是在發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓控制中考慮機(jī)組無功出力對(duì)電壓的影響，增大并列機(jī)組間的等效電抗，提高并列機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，或者補(bǔ)償單元接線時(shí)的升壓變壓器電抗壓降，減小機(jī)組與系統(tǒng)的聯(lián)系電抗，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)[1]。不合理的附加調(diào)差系數(shù)，將影響機(jī)組的安全運(yùn)行，不利于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。因此，附加調(diào)差系數(shù)的整定是機(jī)組調(diào)試工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

很多學(xué)者對(duì)附加調(diào)差系數(shù)的整定進(jìn)行了相關(guān)研究，文獻(xiàn)[1-2]研究了機(jī)端并列和單元組接線方式下的附加調(diào)差系數(shù)整定方法，并提出了擴(kuò)大單元接線方式下的整定原則。文獻(xiàn)[3]分析了附加調(diào)差系數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)阻尼的影響機(jī)理。文獻(xiàn)[4]分析了擴(kuò)大單元接線方式下的調(diào)差特性。目前，針對(duì)擴(kuò)大單元接線機(jī)組附加調(diào)差系數(shù)整定方法的研究還比較少。

發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)相連的接線方式主要有機(jī)端并聯(lián)的單元組接線方式和擴(kuò)大單元接線方式。擴(kuò)大單元接線是將2臺(tái)容量較小的機(jī)組通過1臺(tái)三相三繞組變壓器與系統(tǒng)相連，這種接線方式既有機(jī)端并列運(yùn)行2臺(tái)機(jī)組只有1個(gè)高壓并列點(diǎn)的特點(diǎn)，也有單元組接線2臺(tái)機(jī)組間存在較大聯(lián)系電抗的特點(diǎn)。在進(jìn)行附加調(diào)差系數(shù)整定時(shí)需同時(shí)考慮這2種接線方式的整定原則，整定難度較大。目前電網(wǎng)中新建了較多的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，該類型的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組包含2臺(tái)發(fā)電機(jī)，一般通過三繞組變壓器接入220 kV電壓等級(jí)電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定影響很大，需要整定勵(lì)磁系統(tǒng)的附加調(diào)差系數(shù)來加強(qiáng)機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的電壓支撐能力。三繞組變壓器連接2臺(tái)發(fā)電機(jī)，機(jī)組與電網(wǎng)之間的阻抗以及機(jī)組之間的阻抗較為復(fù)雜，阻抗之間的標(biāo)度也不統(tǒng)一，調(diào)差系數(shù)的整定較為復(fù)雜。因此，基于單元接線機(jī)組附加調(diào)差系數(shù)的整定方法，結(jié)合擴(kuò)大單元接線方式的特點(diǎn)，提出一種可以工程化應(yīng)用的擴(kuò)大單元接線機(jī)組附加調(diào)差系數(shù)整定方法。

1 擴(kuò)大單元接線方式分析

擴(kuò)大單元接線方式如圖1所示。

圖1 擴(kuò)大單元接線

由圖1可知，2臺(tái)機(jī)組分別與三相三繞組變壓器的2個(gè)線圈相連，并非完全獨(dú)立，機(jī)組之間通過同一繞組與系統(tǒng)相連，存在較大的聯(lián)系電抗，其等值電路如圖2所示。

圖2 三繞組變壓器的等值電路

根據(jù)三繞組變壓器制造廠提供的每兩繞組的短路電壓 Uk（1-2）， Uk（1-3）和 Uk（2-3）， 可以求出各個(gè)繞組的短路電壓如下：

由于三繞組變壓器的短路電壓已經(jīng)折算為變壓器一次側(cè)額定容量下的值，因此電抗的計(jì)算不存在容量比不同的折算問題。考慮到電阻阻值遠(yuǎn)小于電抗阻值，為簡化分析模型，可忽略電阻的影響。

將電抗值歸算到高壓側(cè)，則各繞組電抗分別如下計(jì)算：

式中：Un，Sn分別為主變壓器（以下簡稱主變）一次側(cè)電壓和額定容量。

由圖2的等效電路可知，2臺(tái)機(jī)組的并列點(diǎn)并不在高壓側(cè)，而在圖中N點(diǎn)，N點(diǎn)稱為虛擬并列點(diǎn)，因此可將1個(gè)三繞組變壓器等效為2個(gè)兩繞組變壓器，并列點(diǎn)為虛擬并列點(diǎn)N。則三繞組變壓器連接的2臺(tái)發(fā)電機(jī)可等效為并列點(diǎn)為N的2個(gè)兩繞組變壓器分別連接1臺(tái)發(fā)電機(jī)，如圖3所示。

圖3 擴(kuò)大單元接線方式簡化示意

2 調(diào)差系數(shù)整定研究

單元接線機(jī)組在電網(wǎng)中的應(yīng)用十分普遍，一般采用勵(lì)磁系統(tǒng)附加調(diào)差的方法來補(bǔ)償主變電抗壓降，特別適用于采用大電抗主變的新建機(jī)組。目前通用標(biāo)準(zhǔn)中一般以發(fā)電機(jī)容量作為調(diào)差的基準(zhǔn)值，勵(lì)磁系統(tǒng)中的調(diào)差模型如圖4所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)差模型

單元接線機(jī)組的一般整定原則為：通過大阻抗變壓器聯(lián)入系統(tǒng)時(shí)，XC取負(fù)值，補(bǔ)償變壓器的部分阻抗，保證機(jī)組與系統(tǒng)適當(dāng)?shù)碾姎饩嚯x來及時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)的擾動(dòng)。

同理，擴(kuò)大單元接線機(jī)組的調(diào)差整定計(jì)算應(yīng)該考慮2點(diǎn)：高壓側(cè)母線調(diào)差必須為適當(dāng)?shù)恼{(diào)差，一般考慮5%~10%；G1和G2之間需要有正調(diào)差，一般5%以上，保證2臺(tái)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

如圖3所示的擴(kuò)大單元接線按照主變?nèi)萘空鬯愕街髯儌?cè)，虛擬并列點(diǎn)N的等效調(diào)差公式按下列計(jì)算：

式中：DT為并列點(diǎn)調(diào)差；Uk為主變短路電抗；UGn和IGn為發(fā)電機(jī)額定電壓和額定電流；UTn和ITn為主變額定電壓和額定電流；D為發(fā)電機(jī)附加調(diào)差。

主變低壓側(cè)發(fā)電機(jī)額定電壓和額定電流一般相同，式（3）可以轉(zhuǎn)化為：

因此對(duì)應(yīng)于每臺(tái)機(jī)組并列點(diǎn)N和實(shí)際高壓側(cè)母線的等效調(diào)差分別為：

式（5）是基于三繞組變壓器額定容量計(jì)算出并列點(diǎn)等效調(diào)差，實(shí)際計(jì)算時(shí)一般是基于發(fā)電機(jī)容量進(jìn)行整定，則式（5）—（6）可以轉(zhuǎn)化為：

因此在進(jìn)行擴(kuò)大單元接線機(jī)組調(diào)差D的整定時(shí)，考慮按照式（8）折算到機(jī)組側(cè)后在5%~10%，并且2臺(tái)機(jī)組之間的調(diào)差要在5%以上。

3 計(jì)算實(shí)例

某發(fā)電廠2臺(tái)機(jī)組采用擴(kuò)大單元接線，接線方式如圖1所示，發(fā)電機(jī)G1容量87 MVA、功率因數(shù)0.85，發(fā)電機(jī)G2容量47.5 MVA、功率因數(shù)0.8，主變?nèi)萘繀⒁姳?。

表1 變壓器參數(shù)

發(fā)電機(jī)G1連接主變中壓側(cè)，發(fā)電機(jī)G2連接主變低壓側(cè)，確認(rèn)表1中參數(shù)按照主變額定容量進(jìn)行標(biāo)定，相關(guān)發(fā)電機(jī)參數(shù)代入式（8）可以得到，以發(fā)電機(jī)容量為基準(zhǔn)的并列點(diǎn)的調(diào)差系數(shù)為：

式中：DL1，DL2分別為G1和G2并網(wǎng)點(diǎn)等效調(diào)差；D1，D2分別為G1和G2設(shè)置調(diào)差。

高壓側(cè)調(diào)差值按照10%進(jìn)行整定，則D1整定為-0.3%，D2整定為4.04%。

4 仿真校核與現(xiàn)場運(yùn)行

為了驗(yàn)證整定計(jì)算方法的可行性，驗(yàn)證按照上述方法所整定出來的調(diào)差值能否保持高壓側(cè)一致，研究單元接線機(jī)組和擴(kuò)大單元接線機(jī)組的實(shí)際差別，在PSASP仿真系統(tǒng)中模擬實(shí)際機(jī)組及其接線方式搭建擴(kuò)大單元接線系統(tǒng)G11和G12。作為對(duì)比，G1和G2為單元接線的機(jī)組，機(jī)組變壓器按照三繞組變壓器的轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置。為了獲得高壓側(cè)的計(jì)算調(diào)差，在仿真系統(tǒng)中設(shè)置1臺(tái)發(fā)電機(jī)G3作為擾動(dòng)源，通過設(shè)置擾動(dòng)使得高壓側(cè)母線電壓發(fā)生變化，從而計(jì)算出調(diào)差值。系統(tǒng)如圖5所示，模擬系統(tǒng)的擾動(dòng)，采用擾動(dòng)前后的數(shù)據(jù)計(jì)算2臺(tái)機(jī)組的調(diào)差值并進(jìn)行對(duì)比。

圖5 仿真校核計(jì)算系統(tǒng)

仿真系統(tǒng)中，T1和T2短路電壓設(shè)定為10.3%和5.96%，T12參數(shù)按照表1設(shè)置，發(fā)電機(jī)參數(shù)按照發(fā)電廠實(shí)際數(shù)據(jù)設(shè)置，G1，G11機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)差設(shè)置為-0.3%。G2，G12機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)差設(shè)置為4.04%。仿真校核計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 仿真校核計(jì)算結(jié)果

從仿真計(jì)算的結(jié)果來看，機(jī)端側(cè)調(diào)差計(jì)算值與設(shè)定值基本一致，高壓母線側(cè)計(jì)算調(diào)差與設(shè)定的10%基本一致，說明調(diào)差整定計(jì)算達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

給勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)定多組不同調(diào)差值，擾動(dòng)后計(jì)算數(shù)據(jù)見表3。

表3 多組不同調(diào)差值仿真校核計(jì)算結(jié)果

仿真結(jié)果顯示：機(jī)端側(cè)調(diào)差計(jì)算值與實(shí)際設(shè)定值一致，與接線方式無關(guān)；單元接線的2臺(tái)機(jī)組母線側(cè)調(diào)差計(jì)算值基本一致；擴(kuò)大單元接線的2臺(tái)機(jī)組母線側(cè)調(diào)差計(jì)算值基本一致；分別切除G11和G12進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果顯示三繞組變壓器對(duì)于機(jī)組高壓側(cè)等效調(diào)差會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但影響不大。

將上文得到的整定值D1=-0.3%，D2=4.04%投入現(xiàn)場設(shè)定。校驗(yàn)2臺(tái)機(jī)組之間的短路電壓Uk（2-3），折算到 G2側(cè)為 12.83%，則 2臺(tái)機(jī)組之間的綜合阻抗約為15%（G2側(cè)），因此設(shè)定值是合理的?，F(xiàn)場整定完畢，2臺(tái)機(jī)組無功運(yùn)行穩(wěn)定。

5 結(jié)語

分析擴(kuò)大單元接線機(jī)組的特點(diǎn)，結(jié)合常規(guī)單元接線機(jī)組附加調(diào)差系數(shù)的整定方法及原則，進(jìn)行必要的修正之后用來整定擴(kuò)大單元接線機(jī)組的附加調(diào)差系數(shù)。修正之后的整定方法能夠簡單方便地整定擴(kuò)大單元接線機(jī)組的附加調(diào)差系數(shù)，可應(yīng)用于實(shí)際電網(wǎng)的參數(shù)整定工作。

考慮三繞組變壓器獨(dú)有的電氣特點(diǎn)，通過仿真系統(tǒng)計(jì)算了擴(kuò)大單元接線與單元接線機(jī)組高壓母線側(cè)的實(shí)際調(diào)差，并對(duì)計(jì)算誤差進(jìn)行了分析，為后續(xù)的參數(shù)整定工作提供了參考依據(jù)。

結(jié)合某發(fā)電廠實(shí)例，按照該修正后的整定方法進(jìn)行了參數(shù)整定，并給出了整定建議值，現(xiàn)場設(shè)定之后機(jī)組運(yùn)行情況良好。

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