鐘 建， 丁 韜， 成 科

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

1 概 述

水電站發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度易受靜穩(wěn)定、定子端部發(fā)熱和廠用電壓降低等因素限制，但經(jīng)過采取合理的技術(shù)措施可以有效改善發(fā)電機(jī)的進(jìn)相深度，以確定其進(jìn)相能力。某水電站在進(jìn)行啟動(dòng)投產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)，其發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度就因受機(jī)端電壓、廠用電壓的限制造成其進(jìn)相深度不夠，達(dá)不到相關(guān)要求。為此，我們經(jīng)過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該水電站機(jī)組均為單機(jī)單變接線方式運(yùn)行，其起始機(jī)端電壓偏低為主要限制因素。筆者介紹了對該水電站發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度受限采取的解決方案、處理過程及應(yīng)用情況。

2 進(jìn)相深度受限及產(chǎn)生原因分析

該水電站發(fā)電機(jī)額定容量為217.143 MVA、額定有功功率為190 MW、額定定子電壓為13.8 kV、額定定子電流為9 085 A、額定功率因數(shù)為0.875、額定勵(lì)磁電壓為475 V、額定勵(lì)磁電流為1 750 A。2015年1月18日至2015年1月19日，筆者對該水電站1、2號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，主變壓器(以下簡稱“主變”)檔位分接頭為III檔，低廠變分接頭為III檔。2、4號(hào)發(fā)電機(jī)不帶有廠用變，機(jī)組均為單機(jī)單變接線方式運(yùn)行。

根據(jù)川電調(diào)度〔2009〕109 關(guān)于印發(fā)《四川并網(wǎng)發(fā)電廠無功電壓及進(jìn)相運(yùn)行管理規(guī)定》的通知、《同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)導(dǎo)則》Q/GDW746-2012等相關(guān)規(guī)程規(guī)定，進(jìn)相試驗(yàn)中，定子電壓不低于額定電壓13.8 kV的90%，定子電流不大于額定電流9 085 A。在本次試驗(yàn)中，機(jī)組進(jìn)相深度最大為-50 Mvar,定子電壓已至額定電壓的90.55%，定子電流、廠用電壓均已達(dá)到運(yùn)行規(guī)范所對應(yīng)的規(guī)定要求，但進(jìn)相效果仍不明顯。

該水電站發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，非被試機(jī)組對試驗(yàn)機(jī)組發(fā)送無功功率80 MVar，用以支撐系統(tǒng)電壓，但發(fā)電機(jī)定子電流未達(dá)到額定值、發(fā)電機(jī)功角值較小，通過電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組各部溫度在允許范圍內(nèi)等條件參數(shù)均未達(dá)到極限條件，其進(jìn)相深度受發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓較低、廠用電壓較低的限制。

3 解決方案及應(yīng)用

3.1 解決方案

筆者通過對前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析認(rèn)為：該電站發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度主要受機(jī)端電壓、廠用電壓較低的限制，針對該問題試圖采用以下兩種解決方案予以解決。

方案一：調(diào)節(jié)相鄰機(jī)組無功功率以提升系統(tǒng)電壓，從而提高機(jī)端電壓、廠用電壓等相關(guān)參數(shù)，使其達(dá)到進(jìn)相運(yùn)行深度的相關(guān)要求。

方案二：合理調(diào)節(jié)主變壓器檔位，在不改變系統(tǒng)電壓情況下提高發(fā)電機(jī)出口母線電壓，進(jìn)而優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，達(dá)到進(jìn)相運(yùn)行深度的相關(guān)要求。

3.2 兩種方案的應(yīng)用分析

方案一：在試驗(yàn)過程中，我們通過調(diào)節(jié)相鄰發(fā)電機(jī)組向系統(tǒng)發(fā)送無功功率80 Mvar以提高系統(tǒng)電壓，此時(shí)，該水電站220 kV系統(tǒng)母線電壓已接近調(diào)度下達(dá)的上限值233 kV(試驗(yàn)時(shí)為231.59 kV，預(yù)留1.41 kV安全裕度)，故不能再繼續(xù)增加陪試機(jī)組的無功功率。因該水電站發(fā)電機(jī)組均為單機(jī)單變接線方式運(yùn)行，故單一的通過提高陪試機(jī)組無功功率來抬升電壓的方法效果不好，不能滿足電網(wǎng)進(jìn)相深度的相應(yīng)要求。

方案二：調(diào)整主變檔位，從III檔調(diào)至IV檔時(shí)，在現(xiàn)有系統(tǒng)最高電壓下機(jī)端電壓不會(huì)超過額定電壓,在目前檔位下廠用電可達(dá)到395 V。故筆者建議調(diào)整主變分接頭,抬高機(jī)端電壓，增加進(jìn)相深度。若要滿足該電站發(fā)電機(jī)能夠長期進(jìn)相運(yùn)行的指標(biāo)，不能單方面調(diào)整廠用電壓。筆者根據(jù)電網(wǎng)公司對該電站枯期電壓曲線要求(226～233 kV)，列出了該系統(tǒng)電壓區(qū)間內(nèi)不同主變檔位對應(yīng)的機(jī)端電壓、廠用電壓對應(yīng)情況(表1)。

表1 不同檔位對應(yīng)主變電壓、廠高變電壓、廠用電壓情況表

由表1可以看出：以廠用系統(tǒng)目前實(shí)際檔位(Ⅲ檔)做為計(jì)算數(shù)據(jù)，系統(tǒng)日常電壓運(yùn)行在230 kV。主變檔位由原有的Ⅲ檔調(diào)至Ⅳ檔，廠用電壓將由381 V升至391 V，機(jī)端電壓將由13.11 kV上升至13.45 kV，能夠滿足日常運(yùn)行要求。若將主變檔位從現(xiàn)有的Ⅲ檔調(diào)至Ⅴ檔時(shí)，機(jī)端電壓將從原來的13.11 kV調(diào)至13.895 kV，超過額定定子電壓13.8 kV?？紤]到機(jī)組長期運(yùn)行情況，若將機(jī)組檔位調(diào)至Ⅴ檔，機(jī)組將不能保證其額定千伏安出力，不滿足過勵(lì)運(yùn)行工況要求。在前期進(jìn)相試驗(yàn)中，廠用電壓雖然受限，但調(diào)節(jié)主變檔位過后廠用電壓能大幅上升，且可以通過同廠其它機(jī)組發(fā)送無功功率支撐廠用電壓。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓降幅為0.829 kV時(shí)，所吸收的無功功率為52 302 kvar，故機(jī)端電壓提升0.34 kV，預(yù)計(jì)進(jìn)相深度將提升21 450 kvar，發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度將得到明顯地改善。

由此可見：水輪發(fā)電機(jī)組既要滿足電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定的進(jìn)相運(yùn)行深度，又要滿足機(jī)組的長期運(yùn)行要求。為此，調(diào)節(jié)機(jī)組主變壓器檔位為解決發(fā)電機(jī)組進(jìn)相深度受限的最佳方案，其能夠有效提升機(jī)組的最大進(jìn)相深度，使每臺(tái)發(fā)電機(jī)組對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行均能起到作用，而非需要其他機(jī)組配合完成。

3.3 處理結(jié)果及分析

通過對比分析，我們建議對該水電站發(fā)電機(jī)主變檔位進(jìn)行調(diào)整，具體處理情況為：

發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)，定子電流最大值為9 090 A(額定值為9 085 A)，功角為39.76°。相同工況下，在-50 000 kvar無功進(jìn)相深度時(shí)，其發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓值為12 649 V(比調(diào)整前提高了0.285 kV)，廠用電壓為366.5 V(比調(diào)整前提高了3.8 V)。

根據(jù)對發(fā)電機(jī)主變檔位調(diào)整前后的進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得知：在系統(tǒng)電壓較主變檔位調(diào)整前偏低1.09～1.93 kV的情況下，該水電站發(fā)電機(jī)機(jī)端起始電壓仍然提升了0.153～0.285 kV，滿足預(yù)期調(diào)壓效果。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓優(yōu)化后，機(jī)端電壓受限深度為-70 000 kvar，符合預(yù)估進(jìn)相深度；且因該發(fā)電機(jī)功角值較小，通過電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組各部溫度在允許范圍內(nèi)，其進(jìn)相深度受發(fā)電機(jī)定子電流接近額定值、機(jī)端電壓過低、廠用電壓過低多重限制，達(dá)到進(jìn)相運(yùn)行極限。故通過對該水電站主變檔位進(jìn)行調(diào)整，其機(jī)端電壓得到了很好的優(yōu)化，發(fā)電機(jī)組在相同工況下無功進(jìn)相深度提升了20 000 kvar，達(dá)到了預(yù)期效果。針對此類問題，在不影響系統(tǒng)電壓運(yùn)行曲線的情況下，調(diào)節(jié)電站主變壓器檔位即可有效解決以上問題。

4 結(jié) 語

水電站發(fā)電機(jī)在進(jìn)行進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，通常會(huì)受到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓等限制而達(dá)到進(jìn)相運(yùn)行深度極限，而通過采取適當(dāng)?shù)姆椒?，可以有效地改善發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，例如：(1)通過調(diào)節(jié)同廠其它機(jī)組向系統(tǒng)發(fā)送無功功率；(2)通過相同系統(tǒng)母線相鄰電廠向系統(tǒng)發(fā)送無功功率；(3)通過調(diào)節(jié)變壓器檔位變比進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)；(4)通過電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)被試機(jī)組系統(tǒng)母線電壓來提高廠內(nèi)電壓，改善機(jī)組進(jìn)相深度效果。

實(shí)踐結(jié)果表明：調(diào)節(jié)機(jī)組主變檔位能使水輪發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)有系統(tǒng)最高壓下機(jī)端電壓接近額定值，滿足過勵(lì)運(yùn)行要求，提高機(jī)組長期使用的合理性，達(dá)到電網(wǎng)進(jìn)相深度的相應(yīng)要求。而隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)容、線路的增加和完善，電力系統(tǒng)的線路電壓也將不斷得到改善，通過這種方法能夠更好地確保并入電力系統(tǒng)的機(jī)組長期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，也為今后出現(xiàn)類似情況的機(jī)組提供參考借鑒。如有不當(dāng)之處，敬請同行斧正！