陳賢軍，肖高美

（湖南省東江水力發(fā)電廠(chǎng)，湖南 資興 423403）

0　引言

輸電線(xiàn)路冰災(zāi)是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的威脅之一，2008年那場(chǎng)給我們帶來(lái)身心傷害的冰災(zāi)記憶猶新，由于積雪的重壓和嚴(yán)重的結(jié)冰，很多輸電線(xiàn)路無(wú)法正常送電，造成電網(wǎng)大范圍破壞，經(jīng)濟(jì)損失無(wú)可估量。當(dāng)線(xiàn)路有融冰需求時(shí)就要第一時(shí)間搶在冰災(zāi)對(duì)整體線(xiàn)路造成重大損失前采取融冰措施。目前融冰方式有交流融冰方式與直流融冰方式。發(fā)電機(jī)帶線(xiàn)路融冰屬于交流融冰方式，其基本原理是改變電流的原始正常輸電路徑，將線(xiàn)路一端特意造成短路，另一端由發(fā)電機(jī)提供融冰交流電源，利用短路過(guò)程產(chǎn)生的大量熱能 (控制在導(dǎo)線(xiàn)最大允許電流范圍之內(nèi))把附在線(xiàn)路上的積冰融化。

1　發(fā)電機(jī)帶線(xiàn)路融冰情況分析

發(fā)電機(jī)經(jīng)變壓器帶融冰線(xiàn)路融冰一般有直接零起升壓和帶電壓沖擊合閘兩種方案。零起升壓方式簡(jiǎn)單易操作，適合所需融冰電流較小時(shí)。若融冰線(xiàn)路需要提供較大的電流，折算到變壓器低壓側(cè)時(shí)電流可能超過(guò)單機(jī)的額定電流，那么單機(jī)滿(mǎn)足不了融冰需求，就需要幾臺(tái)機(jī)組帶一條線(xiàn)路來(lái)融冰了。此時(shí)就需要幾臺(tái)機(jī)組并列至融冰母線(xiàn)后再向線(xiàn)路沖擊合閘，若采用全電壓沖擊，可能造成一次設(shè)備損壞，所以只能同步緩慢調(diào)整勵(lì)磁電流，將融冰母線(xiàn)電壓從額定降至某一電壓后，合上線(xiàn)路斷路器，對(duì)短路點(diǎn)進(jìn)行沖擊合閘了。待機(jī)組穩(wěn)定后，將幾臺(tái)機(jī)組同步増磁，提高融冰電壓，增大融冰電流至所需電流值。

融冰線(xiàn)路的終端三相短路接地，發(fā)電機(jī)組融冰時(shí)用某一電壓向融冰線(xiàn)路進(jìn)行沖擊，實(shí)質(zhì)就是一個(gè)短路過(guò)程，由暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)。暫態(tài)過(guò)程需考慮機(jī)組、線(xiàn)路、主變、電流互感器、勵(lì)磁變等電力設(shè)備能承受的電流值。到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，可以通過(guò)增加勵(lì)磁電流提高融冰電壓直至所需融冰電流值。短路電流波形圖如圖1所示，短路電流由周期分量和非周期分量組成，周期分量決定了穩(wěn)態(tài)短路電流的數(shù)值，非周期分量是衰減的直流分量，非周期分量的初始值（最大值）與短路發(fā)生瞬間負(fù)荷電流大小有關(guān)，最大情況發(fā)生在負(fù)荷電流為零而短路電流周期分量為最大值時(shí)發(fā)生短路。短路電流的實(shí)際波形為最初偏向時(shí)間軸一側(cè)，并逐漸衰減為穩(wěn)態(tài)周期分量，其最大值發(fā)生在短路后約半個(gè)周波瞬時(shí)。

圖1　短路電流波形圖

2　發(fā)電機(jī)帶線(xiàn)路融冰方式選擇

采用沖擊合閘法沖擊時(shí)電壓低機(jī)組穩(wěn)不住，沖擊電壓高造成沖擊電流過(guò)大損壞系統(tǒng)設(shè)備。選擇沖擊電壓時(shí)只能從較小電壓開(kāi)始往上加，直到融冰機(jī)組能夠穩(wěn)住。這樣又會(huì)導(dǎo)致機(jī)組、主變等設(shè)備受到多次沖擊。因此，只有分析計(jì)算選擇合理沖擊電壓，一次性成功，才能既保證融冰時(shí)機(jī)組穩(wěn)定輸出融冰電流又避免對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成不能承受的沖擊。另一方面融冰機(jī)組數(shù)量的選擇也有著重要的影響。下面以某水電廠(chǎng)的融冰情況為例進(jìn)行分析計(jì)算。

2.1　某廠(chǎng)融冰一次接線(xiàn)（圖2）

圖2　某水電廠(chǎng)融冰一次接線(xiàn)圖

2.2　發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備參數(shù)（表1）

表1　某水電廠(chǎng)發(fā)電機(jī)參數(shù)

變壓器當(dāng)前運(yùn)行變比為235.95 kV/13.8 kV，短路阻抗0.128Ω，線(xiàn)路電流互感器變比為800 A/5 A。

2.3　測(cè)試勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)方式下最低自維持電壓

為驗(yàn)證勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)方式下最低自維持電壓，在2號(hào)機(jī)空載情況下進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)錄波圖如圖3所示。

圖3中UAB為機(jī)端電壓，UFD為轉(zhuǎn)子電壓，IFD為轉(zhuǎn)子電流。

試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)端最低自維持電壓為1 400 V，即約為額定電壓的10%。考慮到機(jī)組之間的差異與可靠性，計(jì)算時(shí)機(jī)端最低電壓取額定電壓的12%，即1 656 V。

圖3　機(jī)端最低自維持電壓測(cè)試錄波圖

合閘瞬間最低勵(lì)磁電流計(jì)算：勵(lì)磁變變比為13 800 V/700 V，機(jī)端電壓12%時(shí)，勵(lì)磁變輸出電壓為84 V，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器最小控制角按20°計(jì)算，此時(shí)所能輸出最大轉(zhuǎn)子電壓為：Ud＝1.35×84×cos20°＝106.6 V；轉(zhuǎn)子電阻0.275 Ω，運(yùn)行時(shí)按額定轉(zhuǎn)子電壓與額定轉(zhuǎn)子電流考慮：R＝360/1 112＝0.32 Ω；此時(shí)能輸出的最大轉(zhuǎn)子電流為Id＝106.6/0.32＝333 A；勵(lì)磁變電流輸出：I＝333×0.816＝272 A，勵(lì)磁變額定電流為1 319.7 A，此時(shí)勵(lì)磁電流滿(mǎn)足融冰需求。

2.4　機(jī)組數(shù)量選擇

當(dāng)機(jī)組向融冰線(xiàn)路沖擊，沖擊電壓越高，機(jī)組穩(wěn)態(tài)電壓越高，越易穩(wěn)定，但電壓越高線(xiàn)路電流越大，線(xiàn)路電流一般短時(shí)應(yīng)不超過(guò)1 000 A（額定800 A），當(dāng)線(xiàn)路電流達(dá)到800～1 000 A時(shí)，折算到機(jī)組側(cè)電流 為800×235.95/13.8=13678A，1000 ×235.95/13.8=17 098 A，機(jī)組額定電流6 508 A，兩臺(tái)機(jī)額定電流之和為6 508×2=13 016 A＜13 678 A，3臺(tái)機(jī)額定電流之和6 508×3=19 524 A＞17 098 A。

由兩臺(tái)機(jī)融冰方式也曾做過(guò)試驗(yàn)。由2、4號(hào)機(jī)組在空載情況下并列后同時(shí)向線(xiàn)路輸送融冰電流，同時(shí)在方案中將融冰電流控制在相應(yīng)安全范圍內(nèi)。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)雙機(jī)方式下機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)不足以支撐住機(jī)端電壓，造成機(jī)端電壓不斷下降，機(jī)組失磁后跳滅磁開(kāi)關(guān)，圖4為雙機(jī)方式下沖擊電壓最高的試驗(yàn)波形圖。

從圖4中可以看出，合閘時(shí)的機(jī)端電壓達(dá)到4 700 V，機(jī)端電壓在線(xiàn)路開(kāi)關(guān)合上后一直下降，最后低于勵(lì)磁系統(tǒng)最低同步電壓，造成機(jī)組失磁。沖擊瞬間機(jī)組定子電流已經(jīng)達(dá)到6 376 A，接近機(jī)組額定定子電流6 508 A，如再升高電壓進(jìn)行試驗(yàn)，沖擊瞬間將對(duì)機(jī)組的安全不利，因此不能采用雙機(jī)方式，考慮電廠(chǎng)必須一臺(tái)機(jī)變單元帶廠(chǎng)用電，所以只能采用三機(jī)方式試驗(yàn)。三機(jī)方式下沖擊試驗(yàn)見(jiàn)圖5。

圖4　雙機(jī)方式下沖擊試驗(yàn)的波形圖

圖5　三機(jī)方式下沖擊試驗(yàn)的波形

從圖5可見(jiàn)，機(jī)端電壓最低值為1 100 V，比最低同步電壓略低，經(jīng)過(guò)運(yùn)行人員對(duì)3臺(tái)機(jī)同時(shí)增磁，機(jī)端電壓維持在最低同步電壓之上，機(jī)端電壓穩(wěn)定在1 500 V。轉(zhuǎn)子電壓和機(jī)端電壓的擺動(dòng)幅度大幅降低。至此，融冰沖擊試驗(yàn)成功。

3　發(fā)電機(jī)帶線(xiàn)路融冰沖擊電壓計(jì)算

3臺(tái)發(fā)電機(jī)帶線(xiàn)路融冰電路圖見(jiàn)圖6，其等效圖見(jiàn)圖7。

以某實(shí)際融冰方式為例進(jìn)行計(jì)算，某方式下融冰線(xiàn)路阻抗34.4 Ω，融冰電壓48 kV。

發(fā)電機(jī)次暫態(tài)參數(shù)折算至變壓器側(cè)：0.177×150/155.6=0.1706

圖6　3臺(tái)發(fā)電機(jī)帶線(xiàn)路融冰電路圖

圖7　等效電路圖

發(fā)變組次暫態(tài)阻抗：0.1706+0.128=0.2986，有名值：0.2986×230×230/150=105 Ω

發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)參數(shù)折算至變壓器側(cè)：0.927×150/155.6=0.894

發(fā)變組次暫態(tài)阻抗：Xd〃=0.894+0.128=1.022，有名值：1.022×230×230/150=360 Ω

假設(shè)3臺(tái)機(jī)并列至融冰母線(xiàn)時(shí)，220 kV融冰母線(xiàn)電壓從正常運(yùn)行時(shí)的230 kV降至90 kV時(shí)合上線(xiàn)路開(kāi)關(guān)。

暫態(tài)短路電流：90000/（105/3+34.7）/1.732=745A

母線(xiàn)暫態(tài)電壓：1.732×745×34.7=44.8 kV

機(jī)組暫態(tài)電壓：44.8+(1.732×745×0.128×230×230/150)/3=60 kV/(235.95/13.8)=3.51 kV

穩(wěn)態(tài)短路電流：90000/（360/3+34.7）/1.732=336A

母線(xiàn)穩(wěn)態(tài)電壓：1.732×336×34.7=20 kV

機(jī)組穩(wěn)態(tài)電壓：20+(1.732×336×0.128×230×230/150)/3=28.7 kV/（235.95/13.8）=1.68 kV

機(jī)組穩(wěn)態(tài)電壓大于最低自維持電壓1 656 V，說(shuō)明此沖擊電壓下機(jī)組能穩(wěn)住，穩(wěn)定后增磁提高融冰電壓至48 kV，至此融冰成功。

4　結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是輸電線(xiàn)路敷冰較為嚴(yán)重的國(guó)家之一，嚴(yán)重敷冰導(dǎo)致輸電線(xiàn)路機(jī)械和電氣性能急劇下降，威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。在實(shí)際工作中我們必須摸索和積累經(jīng)驗(yàn)，分析發(fā)電機(jī)帶線(xiàn)路融冰的本質(zhì)特征，通過(guò)計(jì)算選擇合適的融冰方式，保障電網(wǎng)與設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家電力調(diào)度中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999：13.