鄭德國(guó)

浙江大唐國(guó)際江山新城熱電責(zé)任有限公司 浙江江山 324100

1 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式

江山熱電公司機(jī)組正式投產(chǎn)以來(lái),地處浙江電網(wǎng)西部,區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷較輕,電廠發(fā)電利用小時(shí)數(shù)低,機(jī)組運(yùn)行方式多為開(kāi)機(jī)保養(yǎng),長(zhǎng)期處于停備狀態(tài)。公司為降低生產(chǎn)成本,在機(jī)組停備時(shí)將部分主變停備,以減小變壓器空載損耗電量,待機(jī)組啟動(dòng)前由220 kV系統(tǒng)向主變沖擊送電[2]。但是,在送電建立磁場(chǎng)的過(guò)程中,變壓器繞組中會(huì)產(chǎn)生一定的勵(lì)磁電流,變壓器鐵心越飽和,產(chǎn)生磁場(chǎng)所需要的勵(lì)磁電流就越大。在變壓器全電壓充電時(shí),變壓器繞組中產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流最大峰值可達(dá)額定電流的6～8倍[3]。由于主變?nèi)萘亢艽?頻繁沖擊送電產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流容易造成變壓器繞組變形,鐵心或夾件松動(dòng),嚴(yán)重時(shí)可能使變壓器發(fā)生事故,同時(shí),較大的勵(lì)磁涌流容易造成繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)[4]。為避免主變送電沖擊造成設(shè)備損壞和保護(hù)誤動(dòng),需要采取有效措施來(lái)抑制主變送電時(shí)的勵(lì)磁涌流,從而確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

現(xiàn)場(chǎng)具體情況為,安裝兩套GE公司生產(chǎn)的6FA型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,主系統(tǒng)采用220 kV電壓等級(jí)雙母線接線方式,安裝兩臺(tái)140 MVA三繞組主變,四臺(tái)發(fā)電機(jī)出口均安裝出口斷路器,供發(fā)電機(jī)并網(wǎng)解列及故障隔離使用。由于江山熱電公司年利用小時(shí)數(shù)低,機(jī)組長(zhǎng)期停備,為降低生產(chǎn)成本,減小外購(gòu)電量,結(jié)合機(jī)組開(kāi)機(jī)情況,需要頻繁進(jìn)行主變啟停操作,全年兩臺(tái)主變需要進(jìn)行啟停操作45次左右。由于主變頻繁啟停,使主變運(yùn)行時(shí)本體的聲響和振動(dòng)較以往有增大趨勢(shì),同時(shí)也有可能造成保護(hù)誤動(dòng)或設(shè)備損壞事故[6]。

2 勵(lì)磁涌流分析及解決方法

由于受變壓器鐵心磁通飽和及鐵心材料非線性特征的影響,變壓器在空載全壓?jiǎn)?dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的勵(lì)磁電流,稱(chēng)為勵(lì)磁涌流[7]。變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式、鐵心材料、磁場(chǎng)氣隙、鐵心結(jié)構(gòu)、合閘相角及鐵心剩磁等因素會(huì)影響變壓器勵(lì)磁涌流的大小[8]。變壓器制造及投運(yùn)后,其鐵心材料、鐵心結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)氣隙就已經(jīng)確定。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式,變壓器的中性點(diǎn)接地方式由規(guī)定確定,無(wú)法進(jìn)行改變。而變壓器偏磁和合閘初始角度有關(guān),所以,可以從合閘初始相角角度來(lái)解決變壓器勵(lì)磁涌流的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)方法是將變壓器合閘時(shí)電壓初始相角控制在90°或270°,再進(jìn)行空載合閘操作。變壓器的偏磁與剩磁恰好方向相反[9],兩者疊加之后達(dá)到飽和磁通的程度,可以大大減小變壓器的勵(lì)磁涌流,消除勵(lì)磁涌流帶來(lái)的影響。

3 抑制涌流裝置的應(yīng)用

3.1 工作原理

為了有效抑制變壓器停送電時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流,江山熱電公司兩臺(tái)主變220 kV斷路器各增加一套 SID-3YL型抑制涌流裝置。抑制涌流裝置可以對(duì)變壓器電源側(cè)的輸入電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),接收上位機(jī)的分合閘啟動(dòng)信號(hào),計(jì)算出合適的分合閘角度,然后據(jù)此向220 kV斷路器發(fā)出分合閘指令,控制變壓器的剩磁處于預(yù)定極性。抑制涌流裝置不能控制保護(hù)跳閘命令,但通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器電壓、電流可以得到分閘角度,從而計(jì)算出變壓器剩磁。在接收合閘指令時(shí),涌流抑制裝置按照相應(yīng)的合閘角控制斷路器合閘,進(jìn)而有效抑制變壓器的勵(lì)磁涌流。

3.2 操作步驟

對(duì)主變進(jìn)行停電操作時(shí),運(yùn)行操作人員使用電力網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(NCS)后臺(tái)發(fā)出指令。NCS的分閘指令輸出觸點(diǎn)閉合,通過(guò)電纜接入抑制涌流裝置的開(kāi)關(guān)量輸入板。抑制涌流裝置接收到分閘指令后,在220 kV母線 A相電壓相位達(dá)到90°之前發(fā)出分閘脈沖指令,提前時(shí)間由斷路器分閘時(shí)間確定,使主變220 kV斷路器斷開(kāi),變壓器A相正好在母線電壓A相角度為90°時(shí)斷電,同時(shí),變壓器B相正好在210°時(shí)斷電,變壓器C相正好在-30°時(shí)斷電。

對(duì)主變進(jìn)行送電操作時(shí),運(yùn)行操作人員使用NCS后臺(tái)發(fā)出指令。NCS的合閘指令輸出觸點(diǎn)閉合,并通過(guò)電纜接入抑制涌流裝置的開(kāi)關(guān)量輸入板。抑制涌流裝置接收到合閘指令后,在220 kV母線A相電壓相位達(dá)到90°之前發(fā)出合閘脈沖指令,提前時(shí)間由斷路器合閘時(shí)間確定,使主變220 kV斷路器閉合,變壓器A相正好在母線電壓A相角度為 90°時(shí)受電。同時(shí),變壓器B相正好在210°時(shí)受電,變壓器C相正好在-30°時(shí)受電。

根據(jù)變壓器偏磁和剩磁互克原理,此時(shí)變壓器的偏磁恰好與剩磁方向相反、大小相等,兩者互相抵消,變壓器鐵心中的磁通達(dá)不到飽和磁通程度,主變勵(lì)磁涌流不會(huì)產(chǎn)生[10]。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為檢驗(yàn)主變抑制涌流裝置的應(yīng)用效果,江山熱電公司以2號(hào)主變?yōu)槔?對(duì)2號(hào)主變抑制涌流裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

4.1 第一次合閘

第一次合閘時(shí),根據(jù)之前現(xiàn)場(chǎng)另外一臺(tái)抑制涌流裝置投運(yùn)得到的數(shù)據(jù),整定合閘時(shí)間定值為68.0 ms,合閘角度為90°。合閘后,由圖1可見(jiàn),合閘時(shí)間為68.9 ms,合閘角度為108.9°,三相最大涌流峰值為6.363 A,約為額定值1.18 A的5.4倍。事實(shí)上,由于此時(shí)變壓器內(nèi)剩磁未知,即使有準(zhǔn)確的合閘時(shí)間從而控制好合閘角度正好是90°,也還是不能保證抑制涌流的效果。第一次合閘,抑制涌流的效果是隨機(jī)的,主要目的是得到準(zhǔn)確的合閘時(shí)間。

4.2 第一次分閘

第一次分閘時(shí),根據(jù)之前現(xiàn)場(chǎng)另外一臺(tái)抑制涌流裝置投運(yùn)得到的數(shù)據(jù),整定分閘時(shí)間定值為27.0 ms,分閘角度為90°。分閘后,由圖2可見(jiàn),分閘時(shí)間為23 ms,分閘角度為22.6°。

4.3 第二次合閘

第二次合閘時(shí),根據(jù)第一次合閘得到的數(shù)據(jù),對(duì)合閘時(shí)間進(jìn)行修正,由68.0 ms更改為68.9 ms,合閘角度不變,依然為90°。合閘后,由圖3可見(jiàn),合閘時(shí)間為68.9 ms,合閘角度為92.9°。此時(shí),涌流已經(jīng)得到比較好的抑制,三相最大涌流為2.871 A,約為額定值的2.4倍。

4.4 第二次分閘

第二次分閘時(shí),根據(jù)第一次分閘得到的數(shù)據(jù),對(duì)分閘時(shí)間進(jìn)行修正,由27.0 ms更改為23.0 ms,分閘角度不變,依然為90°。分閘后,由圖4可見(jiàn),分閘時(shí)間為25.3 ms,分閘角度為136.0°。

4.5 第三次合閘

第三次合閘時(shí),根據(jù)前兩次合閘的數(shù)據(jù),合閘時(shí)間和合閘角度均保持不變,分別為68.9 ms和90°。合閘后,由圖5可見(jiàn),合閘時(shí)間為68.6 ms,合閘角度為88.2°,此時(shí)偏磁與剩磁相互抵消,勵(lì)磁涌流得到控制,三相最大涌流為0.826 A,僅為額定值的70%左右。

圖1 第一次合閘錄波

圖2 第一次分閘錄波

圖4 第二次分閘錄波

圖5 第三次合閘錄波

4.6 試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表1。根據(jù)數(shù)據(jù)和錄波分析,現(xiàn)場(chǎng)變壓器經(jīng)過(guò)幾次合分閘試驗(yàn),得到了準(zhǔn)確的合閘與分閘時(shí)間,通過(guò)SID-3YL型抑制涌流裝置的精確相控,實(shí)現(xiàn)了偏磁與剩磁相互抵消,使磁通不飽和,實(shí)現(xiàn)了涌流的有效抑制。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)節(jié)能降耗和保證主變安全的問(wèn)題,江山熱電公司采用加裝抑制涌流裝置控制斷路器合閘時(shí)電壓初始相角的方法控制主變勵(lì)磁涌流,降低停送電時(shí)勵(lì)磁涌流對(duì)主變的損傷,成功實(shí)現(xiàn)對(duì)主變沖擊時(shí)勵(lì)磁涌流的抑制。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)與調(diào)試,兩臺(tái)主變?cè)跊_擊合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流倍數(shù)均有大幅下降,1號(hào)主變下降為額定電流為1.38倍左右,2號(hào)主變下降為額定電流的70%左右,減輕了沖擊送電對(duì)主變的損傷,降低了繼電保護(hù)誤動(dòng)可能性,可見(jiàn)應(yīng)用主變微機(jī)抑制涌流裝置對(duì)保護(hù)變壓器,其效果是明顯的。同時(shí),主變停備節(jié)能降耗效益可觀,根據(jù)2017年江山熱電公司機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)800 h,機(jī)組停備期間一臺(tái)主變空載損耗69.7 kW和一臺(tái)高廠變空載損耗10.4 kW計(jì)算,全年共可停電200 d,可節(jié)電560 MWh,經(jīng)濟(jì)效益可觀,為其它利用小時(shí)數(shù)低的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組降低運(yùn)行成本提供了經(jīng)驗(yàn)和方法。