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        超超臨界機組發(fā)電機進相能力探析

        2023-11-09 09:09:42蔡澤鵬
        機電信息 2023年21期
        關鍵詞:發(fā)電機深度

        蔡澤鵬

        (廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,廣東 揭陽 522000)

        0 引言

        隨著我國用電負荷不斷創(chuàng)新高,能源資源與電力負荷分布的不平衡問題日益凸顯,區(qū)域間電網(wǎng)連接愈加緊密,跨區(qū)電網(wǎng)快速發(fā)展。而隨著西電東送規(guī)模的不斷擴大以及超高壓遠距離輸電線路的持續(xù)新增,廣東電網(wǎng)無功儲備不足的問題引起了更多關注[1]。系統(tǒng)存在過剩的無功會導致系統(tǒng)電壓升高,甚至越過正常運行時允許的電壓上限,不僅影響供電電壓質(zhì)量,嚴重時還會威脅電網(wǎng)安全。

        發(fā)電機進相運行是一種無須增加額外設備的調(diào)壓手段,具有平滑無級調(diào)壓的特點,兼顧了經(jīng)濟性和高效性,是維持電能質(zhì)量的有效措施之一[2]。按照廣東電網(wǎng)調(diào)控分析〔2019〕12號文對機組進相深度的要求,本文以廣東某電廠A機組為例,通過進相試驗方式對超超臨界機組發(fā)電機進相能力進行探析。

        1 設備主要參數(shù)

        該機組采用東方電機股份有限公司生產(chǎn)的QFSN-1000-2-27型發(fā)電機,額定容量為1 120 MVA,額定定子電壓為27 kV,額定電流為23 949 A,采用自并勵勵磁方式。該發(fā)電機配套主變?yōu)楸6ㄌ焱W冸姎夤煞萦邢薰旧a(chǎn)的SFP-1140000/500型變壓器,額定容量為1 140 000 kVA,額定電壓為525±2×2.5%/27 kV,采用YNd11接線組別。

        2 試驗限制條件

        進相中如有以下任意一個條件不滿足,即保持運行工況,此時的進相無功就是實際的進相深度。

        (1)系統(tǒng)電壓保持不低于525 kV(調(diào)度允許500 kV母線最低運行電壓)。

        (2)發(fā)電機機端電壓保持不低于0.9Ue(24.3 kV)。

        (3)發(fā)電機機端電流不高于Ie(23 949 A)。

        (4)考慮電動機的正常運行,6.0 kV廠用母線電壓不低于0.95Ue(5.7 kV),380 V低壓廠用母線電壓不低于0.95Ue(361 V)[3]。

        (5)發(fā)電機功角不大于70°,勵磁調(diào)節(jié)器自動方式運行時可適當放寬,但不得超過80°。

        (6)定子鐵芯及端部構件的溫度不大于溫度限值:定子線圈溫度≤90 ℃;定子鐵芯溫度≤120 ℃。

        3 試驗結果

        3.1 試驗工況

        該電廠A機組發(fā)電機額定有功功率為1 008 MW,由于受到客觀燃料限制,該機組最大穩(wěn)燃負載為960 MW,故分別在最大穩(wěn)燃負載960 MW、75%額定功率750 MW及50%額定功率500 MW下開展進相試驗。機組進相試驗過程中,主變運行在2擋,A高廠變?yōu)橛休d調(diào)壓,在試驗中調(diào)整到15擋,B高廠變?yōu)闊o載調(diào)壓且運行在3擋,廠用電未做切換操作。

        3.2 發(fā)電機電氣量

        (1)最大穩(wěn)燃負載960 MW工況下,當機組無功功率進相至約-253 Mvar時,發(fā)電機功角達到了77.58°,接近限制值,380 V母線電壓下降至361.70 V,達到限制條件,功率因數(shù)為0.967 0(超前),500 kV母線段電壓下降至533.12 kV,為了機組的安全穩(wěn)定,停止進相,則認為機組在該工況下的最大進相深度為-253 Mvar。故在有功功率為960 MW時,將低勵限制定值整定為-220 Mvar。

        (2)75%額定功率即750 MW工況下,當機組無功功率進相至-275.2 Mvar時,發(fā)電機功角達到了76.29°,接近限制值,380 V母線電壓下降至364.2 V,500 kV母線段電壓下降至534.32 kV,功率因數(shù)為0.938 6(超前),為了機組的安全穩(wěn)定,停止進相,認為機組該工況下的最大進相深度為-275.2 Mvar。故在有功功率為750 MW時,將低勵限制定值整定為-240 Mvar。

        (3)50%額定功率即500 MW工況下,當機組無功功率進相至約-290.1 Mvar時,發(fā)電機功角達到了73.46°,接近限制值,380 V母線電壓下降至364.82 V,500 kV母線段電壓下降至534.28 kV,功率因數(shù)為0.867 0(超前),為了機組的安全穩(wěn)定,停止進相,認為機組該工況下的最大進相深度為-290.1 Mvar。故在有功功率為500 MW時,將低勵限制定值整定為-250 Mvar。

        由表1可以看出,在進行最大穩(wěn)燃負載960 MW、75%額定功率750 MW及50%額定功率500 MW工況的進相試驗過程中,發(fā)電機的電壓、電流變化規(guī)律正確,發(fā)電機功角達到限制值,構成三個工況進相深度的限制因素;勵磁電壓和勵磁電流的變化規(guī)律與無功功率的變化相符合,廠用系統(tǒng)電壓隨進相深度的增加呈下降趨勢,在機組額定功率工況下380 V廠用系統(tǒng)電壓最低達到了361.7 V,廠用系統(tǒng)電壓構成額定功率工況的進相深度的限制因素,其他工況廠用系統(tǒng)電壓未構成機組進相深度的限制因素。

        表1 發(fā)電機不同工況下電氣量

        3.3 發(fā)電機冷卻溫度

        由表2可以看出,在最大穩(wěn)燃負載960 MW工況的進相試驗過程中,發(fā)電機空氣冷卻溫度隨進相深度的增加變化不大,基本保持穩(wěn)定,溫度也小于規(guī)程中允許的發(fā)電機冷卻溫度的要求,發(fā)電機冷卻溫度不構成進相深度的限制因素。

        表2 發(fā)電機線棒出水溫度變化情況

        3.4 發(fā)電機鐵芯及繞阻溫度

        由表3可以看出,在最大穩(wěn)燃負載960 MW工況的進相試驗過程中,發(fā)電機鐵芯溫度遠低于允許的最高溫度120 ℃,定子繞組溫度低于允許的最高溫度90 ℃,在進相運行中,發(fā)電機的鐵芯和繞組溫度不構成進相深度的限制因素。

        表3 發(fā)電機定子鐵芯及繞組溫度變化情況

        4 低勵限制曲線整定

        4.1 定值整定

        該機組配套勵磁系統(tǒng)為GE 2100EX,由于GE勵磁系統(tǒng)低勵限制器定值為11點擬合[4],根據(jù)進相試驗數(shù)據(jù),最終勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制環(huán)節(jié)整定值如表4所示,對應低勵限制曲線如圖1所示。

        圖1 低勵限制曲線圖

        表4 低勵限制環(huán)節(jié)整定值單位:p.u.

        4.2 低勵限制動作試驗

        將低勵限制按以上定值整定,在機組有功功率750 MW,無功功率-220 Mvar的工況下,緩慢減少勵磁電流,無功功率隨之降低,當達到限制定值時,低勵限制報警動作,減磁無效,集控室發(fā)低勵限制動作光字牌,報警正常。

        5 結束語

        該超超臨界機組發(fā)電機進相試驗數(shù)據(jù)分析表明,廠用電380 V母線電壓及發(fā)電機功角達到限制值,構成進相運行的限制條件,在實際進相運行時應予以重點關注和監(jiān)視。而500 kV系統(tǒng)電壓、6.0 kV廠用母線電壓、發(fā)電機冷卻溫度等有足夠裕度,不構成進相深度的限制因素。綜合試驗結果可知,該機組具備一定的進相能力,在進相能力范圍內(nèi)可參與電網(wǎng)無功優(yōu)化。

        發(fā)電機進相運行可通過吸收過量無功功率來調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓,增加電網(wǎng)的無功儲備,提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性[5]。但是發(fā)電機進相運行的限制因素很多,包括機端電壓、系統(tǒng)電壓、廠用電壓、定子鐵芯溫度、發(fā)電機冷卻溫度等。為了機組運行的安全穩(wěn)定,發(fā)電機的進相深度需由廠家提供參數(shù)及專項的發(fā)電機進相試驗確定。隨著超超臨界機組所占發(fā)電比重不斷攀升,系統(tǒng)復雜度持續(xù)提高。本文對超超臨界機組的發(fā)電機進相能力進行了探析,不僅可為該機組的進相運行提供依據(jù),還可為同行業(yè)機組提供參考。

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