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        并聯(lián)電抗器在亭子口電站的應(yīng)用

        2021-12-27 06:50:46殷嘉陵
        四川水利 2021年6期
        關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī)

        殷嘉陵

        (嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司,四川蒼溪,628400)

        引言

        亭子口電站安裝有4臺275MW水輪發(fā)電機(jī)組。亭子口電站通過一回500kV線路接入巴中500kV變電站,線路長度約95km。根據(jù)巴中近區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn),巴中500kV變電站母線電壓較高。為保證巴中主變(500kV/230kV±2×2.5%)安全運(yùn)行,需要把亭子口電站運(yùn)行電壓控制在518kV~525kV(高峰時(shí)段上限526kV)。亭子口-巴中500kV輸電線路在裝設(shè)用于平衡線路充電功率的電抗器之前,低谷時(shí)段,由于線路充電功率較大(單側(cè)接近60Mvar),亭子口電站采用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行方式吸收線路充電功率,水輪發(fā)電機(jī)組每天需頻繁低負(fù)荷(小于60MW)進(jìn)相運(yùn)行。

        為有效降低長期低負(fù)荷進(jìn)相運(yùn)行給機(jī)組帶來的損傷,在亭子口至巴中500kV變電站輸電線路的亭子口側(cè)加裝一組母線高抗來限制穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓水平,這不僅有利于巴中近區(qū)電壓調(diào)節(jié),也對亭子口電站發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行起到了保障作用。

        亭子口主接線改造部分如圖1和圖2所示。

        圖1 改造前(虛線部分為廣元預(yù)留線)

        圖2 改造后(虛線為加裝電抗器實(shí)際接線)

        1 長期低負(fù)荷進(jìn)相運(yùn)行對亭子口電站的影響

        伴隨著遠(yuǎn)距離、超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展,經(jīng)常造成發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)相運(yùn)行,尤其在非工作時(shí)間內(nèi)低負(fù)荷時(shí)期,無功過多造成電網(wǎng)的電壓升高,甚至超出系統(tǒng)電壓的規(guī)定范圍,影響供電質(zhì)量,并對電網(wǎng)造成損害,降低經(jīng)濟(jì)效益。

        發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是指發(fā)電機(jī)發(fā)出有功而且吸收無功的運(yùn)行狀態(tài)。水電站凸極同步發(fā)電機(jī)單機(jī)對無限大容量功率為:

        輸出功率Pe一定的條件下,發(fā)電機(jī)電勢E0減小,功率角δ便會增大,靜態(tài)穩(wěn)定性在一定程度上降低,發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送有功功率。

        發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí),考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性降低的情況,由于發(fā)電機(jī)電勢降低,在輸出功率不變的情況下,發(fā)電機(jī)定子電流增加,易造成過負(fù)荷;機(jī)端電壓的降低,廠用電電壓會有所降低,機(jī)組端部的漏磁會引起定子端部溫度升高,在端部冷卻條件與效果一定的條件下,發(fā)電機(jī)由遲相向進(jìn)相進(jìn)行相移變化時(shí),端部漏磁磁密值增高,引起定子端部構(gòu)件嚴(yán)重發(fā)熱,致使發(fā)電機(jī)出力要受到影響。

        亭子口電站位于電網(wǎng)送電端,至巴中500kV變電站出線路距離長,充電功率較大。根據(jù)巴中近區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn),巴中500kV變電站母線電壓較高,出于對系統(tǒng)安全性的考慮,亭子口電站機(jī)組經(jīng)常處于低負(fù)荷進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài),且進(jìn)相深度較深,機(jī)組出現(xiàn)多次在欠勵(lì)限制的工況下運(yùn)轉(zhuǎn),甚至需要多臺機(jī)組同時(shí)低負(fù)荷進(jìn)相運(yùn)行調(diào)壓。由亭子口電站全水頭試驗(yàn)報(bào)告可知,機(jī)組在低負(fù)荷小開度區(qū)間運(yùn)行時(shí),水流狀態(tài)不穩(wěn)定,導(dǎo)致出現(xiàn)隨機(jī)高頻波形。亭子口電站水輪機(jī)運(yùn)行在低負(fù)荷區(qū)間時(shí),頂蓋、導(dǎo)軸承、部分機(jī)架等振動值較大,特別是頂蓋頻繁超過報(bào)警值,由于安裝工藝有所差別,個(gè)別機(jī)組的振動更為明顯,水輪機(jī)錐管處有渦帶聲音,長期運(yùn)行容易造成過流部件的氣蝕,轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋等,大大增加了設(shè)備維護(hù)成本。

        2 增設(shè)母線高壓并聯(lián)電抗器的優(yōu)點(diǎn)

        綜合安全性、可靠性、穩(wěn)定性等多方面考慮,亭子口電站最終采用加裝母線并聯(lián)高壓電抗器方案。亭子口電站側(cè)加裝高壓油浸心式并聯(lián)電抗器,3臺單相并聯(lián)電抗器(3×20Mvar)并排布置在各自的布置間內(nèi),中性點(diǎn)電抗器布置在并聯(lián)電抗器的左側(cè),并設(shè)置了一套500kV斷路器保護(hù)、兩套電抗器保護(hù)、兩套電抗器T區(qū)保護(hù)以及一套電抗器非電量保護(hù)。

        母線與高抗之間裝設(shè)有斷路器,運(yùn)行方式改變相對靈活。隨著地區(qū)用電負(fù)荷的改變,若線路輸送的潮流達(dá)到輸送容量時(shí),線路的充電功率與線路的無功損失相對平衡。若線路輸送的潮流和主變壓器的負(fù)載較輕,無功損耗較小,高抗的投入便能夠有效改善電壓過高的問題;若通過主變的負(fù)載相對較重,電壓相對較低,不能滿足電壓要求時(shí),可以憑借母線同高抗之間的斷路器使高抗退出運(yùn)行,以滿足供電電壓在允許的范圍內(nèi)運(yùn)行。

        母線上設(shè)置高抗,可以防止出現(xiàn)工頻諧振過電壓。由于高抗裝配于母線上,線路開關(guān)以內(nèi),便不會發(fā)生諧振過電壓。

        亭子口滿足四川黑啟動輔助服務(wù)市場條件,具備黑啟動資質(zhì)。黑啟動時(shí),機(jī)組會帶長線路空載運(yùn)行,容易發(fā)生自勵(lì)磁過電壓,在裝設(shè)高抗后,補(bǔ)償了容性電流,可有效避免自勵(lì)磁過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。

        亭子口加裝高抗后,有效補(bǔ)償亭子口-巴中線路充電功率,避免低谷時(shí)段過多容性無功流向巴中側(cè),有利于巴中變調(diào)壓。由于機(jī)組一般在當(dāng)日23時(shí)以后至次日6時(shí)內(nèi)為低負(fù)荷區(qū),此時(shí)段無功進(jìn)相深,在未投入高抗前,單機(jī)無功進(jìn)相深度為-130Mvar左右。高抗投入運(yùn)行后,同一時(shí)段單機(jī)無功進(jìn)相深度控制在-30Mvar左右,甚至遲相,效果明顯,會減少很多需要電站進(jìn)相運(yùn)行來平衡線路充電功率的時(shí)間,便無需多臺機(jī)組參與配合調(diào)壓,有效減少了機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)長。

        3 增設(shè)高壓并聯(lián)電抗器后的注意事項(xiàng)

        高抗在運(yùn)行中存在噪音和振動的問題。高抗中磁路由氣隙分隔成若干段,各段分別產(chǎn)生磁極,各個(gè)氣隙間磁極吸引力的些許變化將引起振動。由鐵芯塊、墊塊和鐵軛組成的系統(tǒng)有可能會出現(xiàn)機(jī)械共振現(xiàn)象。因此,電抗器的振動和嗓音都比較大。

        電抗器的運(yùn)行也會存在一定的故障,例如瓦斯繼電器誤動、穿纜引線絕緣磨傷、芯塊接地片松脫及鐵芯限位裝置放電等都是長期振動造成的后果。所以,亭子口電站在設(shè)計(jì)階段就根據(jù)電站實(shí)際運(yùn)行情況,合理配置參數(shù),使得各方面的損壞盡可能達(dá)到最小。

        亭子口電站的高抗投運(yùn)后,經(jīng)常處于高電壓狀態(tài),因此運(yùn)行溫度較高(亭子口電站電抗器常規(guī)情況下,油溫60℃~70℃、繞組溫度65℃~75℃,在夏季環(huán)境溫度較高,油溫和繞組溫度會有所提升),線圈絕緣和絕緣油容易老化,在運(yùn)行中可能發(fā)生線圈絕緣對地?fù)舸┕收?、匝間絕緣短路故障。

        高抗在運(yùn)行中會產(chǎn)生一定的工頻電場與磁場,伴隨著高抗的長期運(yùn)行,設(shè)備同樣會發(fā)生老化現(xiàn)象、損傷以及可能受到環(huán)境污染,致使周邊的電磁場水平有一定程度的增加。所以,高抗布置在較為偏僻的位置,需與人的正?;顒臃秶3职踩嚯x。

        4 結(jié)語

        在亭子口電站側(cè)加裝高壓電抗器,可以較好地改善系統(tǒng)無功過剩情況下在電壓過高和發(fā)電機(jī)頻繁進(jìn)相運(yùn)行的問題,減少發(fā)電機(jī)長期欠勵(lì)運(yùn)行對機(jī)組使用壽命的損失。由于存在一定程度的振動,需要根據(jù)其組成部分,定期對電抗器整體、套管、壓力釋放閥、吸濕器、瓦斯繼電器、各控制箱、絕緣油等進(jìn)行針對性檢查巡視。

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