朱方方,黃云龍,宋光明,祁 鳴,馬 建,張作盛,童中宇

(國網(wǎng)合肥供電公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

近兩年夏季受連續(xù)高溫天氣影響,多地用電負(fù)荷缺口較大,為保障居民生活及商業(yè)用電不受影響,供電公司通過10 kV中壓發(fā)電車對重過載配電網(wǎng)線路并網(wǎng)調(diào)峰,分擔(dān)10 kV線路部分負(fù)荷,能夠極大減輕變電站主變負(fù)載,有效保障配電線路負(fù)荷高峰時(shí)段正常電能供給[1]。

本文介紹了一起在10 kV線路過載情況下,電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組因電壓滑差過大,以及電網(wǎng)開關(guān)保護(hù)配置不合理導(dǎo)致中壓發(fā)電車并網(wǎng)失敗的案例,最后針對該起事故提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

1 事故前配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況

某110 kV變電站某10 kV線路供電半徑8 km左右,為架空和電纜混合線路,供給包含居民小區(qū)、商業(yè)和企業(yè)在內(nèi)的42臺變壓器用電。8月某日11時(shí),日最高氣溫升至近40 ℃,該變電站負(fù)載率78%,運(yùn)行溫度89 ℃,該10 kV線路負(fù)荷電流超600 A,線路最末端居民用戶電壓已在198 V上下波動,空調(diào)負(fù)荷已處于無法正常啟動臨界值。

2 并網(wǎng)發(fā)電經(jīng)過

11時(shí)20分,配網(wǎng)調(diào)度通知,某110 kV變電站某10 kV 線路負(fù)荷電流超600 A,要求通過10 kV中壓發(fā)電車立即并網(wǎng)發(fā)電,緩解線路負(fù)載。選取線路上靠近線路末端的某開閉所待用間隔作為并網(wǎng)接入點(diǎn),將并網(wǎng)點(diǎn)相序核對正確后接入中壓發(fā)電車,按接入流程執(zhí)行啟動中壓發(fā)電車機(jī)組。啟動后,機(jī)組并網(wǎng)指示燈MCB不亮,顯示不滿足并網(wǎng)條件,并網(wǎng)失敗。經(jīng)檢查因接入點(diǎn)線路電壓過低,導(dǎo)致10 kV發(fā)電機(jī)組無法和電網(wǎng)同步。為縮減電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)期間電壓滑差,現(xiàn)場工作人員適當(dāng)調(diào)低發(fā)電機(jī)組額定線排電壓,將機(jī)組最低輸出電壓控制在實(shí)際線路電壓以上,機(jī)組并網(wǎng)指示燈MCB亮,顯示機(jī)組具備并網(wǎng)條件,接著操作10 kV中壓發(fā)電車斷路器合閘按鈕,機(jī)組自動逐步與電網(wǎng)同期,1分鐘后接入點(diǎn)某開閉所04開關(guān)保護(hù)動作跳閘?，F(xiàn)場運(yùn)行方式如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場運(yùn)行方式

3 原因分析

3.1 中壓發(fā)電車并網(wǎng)原理

中壓發(fā)電車與電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)屬于差頻并網(wǎng),在滿足準(zhǔn)同期的四個條件后方能并網(wǎng),即壓差、頻差在允許的范圍之內(nèi)并且相序一致,相角差為0[2]。中壓發(fā)電車為額定工頻50 Hz、額定電壓10.5 kV電壓輸出,按照黃、綠、紅三相同相序與電網(wǎng)連接后,通過中壓發(fā)電車中的并網(wǎng)控制器控制輸出斷路器進(jìn)行準(zhǔn)同期并網(wǎng)操作,同期后輸出斷路器自動合閘,中壓發(fā)電車與中壓配電網(wǎng)并列運(yùn)行,同時(shí)給中壓用戶負(fù)載供電,此時(shí)通過控制器逐步調(diào)增負(fù)載輸出,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷分擔(dān)。

3.2 中壓發(fā)電車并網(wǎng)調(diào)峰啟動過程

利用中壓發(fā)電車并網(wǎng)功能,將10 kV中壓發(fā)電車通過開閉所待用間隔與電網(wǎng)并列后同時(shí)給負(fù)載供電,并逐步加大電源車負(fù)載供給,從而實(shí)現(xiàn)中壓發(fā)電車并網(wǎng)調(diào)峰的目的。

按照圖2所示方式將電源車接入電網(wǎng)接入步驟如下:

圖2 中壓發(fā)電車并網(wǎng)調(diào)峰接入方式圖

(1)將2#出線柜電纜接口1接入開閉所某待用間隔;

(2)將開閉所待用間隔搖至熱備用狀態(tài),并合上斷路器控制開關(guān);

(3)手動合上2#出線柜負(fù)荷開關(guān);

(4)啟動發(fā)電機(jī)組,觀察機(jī)組輸出電壓穩(wěn)定,機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,即轉(zhuǎn)速為1 500±2 r/min,同時(shí)機(jī)組滿足并網(wǎng)條件,即機(jī)組并網(wǎng)指示燈MCB亮,方可進(jìn)行并網(wǎng)操作;

(5)進(jìn)行并網(wǎng)操作,操作機(jī)組控制器上GCB按鈕,控制器調(diào)整發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和電壓與電網(wǎng)進(jìn)行同步,達(dá)到同步點(diǎn)后,控制器控制機(jī)組斷路器合閘;

(6)通過控制器逐步增加發(fā)電機(jī)組輸出功率至設(shè)定值,即可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)調(diào)峰。

3.3 中壓發(fā)電車輸出電壓控制

中壓發(fā)電車默認(rèn)向10 kV電網(wǎng)輸出發(fā)電,為確保機(jī)組在額定工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn),中壓發(fā)電車“額定發(fā)電線電壓”“額定排線壓”參數(shù),即輸出額定電壓一般設(shè)置為10.5 kV的95%～105%之間。現(xiàn)場按照默認(rèn)參數(shù)連接、發(fā)電,發(fā)電車機(jī)組并網(wǎng)信號指示燈MCB不亮,并網(wǎng)失敗。

連續(xù)高溫期間,實(shí)際上電網(wǎng)線路因負(fù)荷較大,線路電壓降低,且隨著供電半徑的延伸,電網(wǎng)電壓逐步下降。1#中壓發(fā)電車當(dāng)天在接入電網(wǎng)后,機(jī)組控制顯示器顯示“排線壓”為9 785 V,即接入點(diǎn)電網(wǎng)電壓只有9.785 kV,電網(wǎng)電壓電壓過低,無法滿足機(jī)組保護(hù)設(shè)置的并網(wǎng)條件。現(xiàn)場人員修改發(fā)電車輸出額定電壓為9.95 kV,隨即機(jī)組并網(wǎng)指示燈MCB亮,按并網(wǎng)流程合上中壓發(fā)電車斷路器控制開關(guān)GCB,機(jī)組并網(wǎng)成功。

3.4 中壓發(fā)電車輸出功率的控制

中壓發(fā)電車在與電網(wǎng)同步的過程中,因存在電壓和相位差,會在電網(wǎng)和機(jī)組之間形成等效環(huán)流電路,此時(shí)中壓發(fā)電車相對電網(wǎng)來說由于負(fù)荷能力調(diào)節(jié)能力較低,輸出功率不穩(wěn)定且波動較大,甚至存在逆向輸出功率和過負(fù)載輸出功率的風(fēng)險(xiǎn)。本事故中,機(jī)組與電網(wǎng)同期1分鐘后,接入點(diǎn)某開閉所04開關(guān)保護(hù)動作跳閘,正是由于電網(wǎng)電壓過低,同期過程極不穩(wěn)定,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組輸出電流過大,引起電網(wǎng)開閉所保護(hù)動作跳閘。

同理,為了防止發(fā)生“功率倒送發(fā)電機(jī)組”,保護(hù)機(jī)組不發(fā)生“逆功率”跳閘,同步前的基數(shù)負(fù)載應(yīng)當(dāng)視線路負(fù)載情況設(shè)置在合理范圍內(nèi),根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)基數(shù)負(fù)載設(shè)置在10%～30%是較為安全的范圍,以2 000 kW的中壓發(fā)電車為例,基數(shù)負(fù)載設(shè)置在200 kW～600 kW是較為安全的。

中壓發(fā)電車待并網(wǎng)成功后輸出功率恢復(fù)穩(wěn)定,機(jī)組即按照設(shè)定的基數(shù)負(fù)載向電網(wǎng)供電,此時(shí)可分級調(diào)增基數(shù)負(fù)載數(shù)值逐步至設(shè)定值,期間為了盡量保持機(jī)組輸出穩(wěn)定性,參照現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)可按照10%～20%的級差進(jìn)行調(diào)增。此外,為了減少電網(wǎng)負(fù)荷波動對機(jī)組的影響,發(fā)電機(jī)組按照1.5倍額定電流設(shè)置保護(hù)電流,以2 000 kW中壓發(fā)電機(jī)組為例,其額定工作電流I額為115.47 A。當(dāng)電流超過1.5I額時(shí),會觸發(fā)機(jī)組自身保護(hù)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。中壓發(fā)電機(jī)組用于并網(wǎng)調(diào)峰時(shí),往往電網(wǎng)線路已經(jīng)處于重載狀態(tài),當(dāng)遇到負(fù)荷高峰時(shí)段,集中增加的負(fù)荷將導(dǎo)致電網(wǎng)電流陡增,此時(shí)若不將機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電功率限制在一定數(shù)值內(nèi),機(jī)組電流極有可能會瞬間超過保護(hù)值導(dǎo)致停機(jī),因此綜合考慮機(jī)組性能和運(yùn)行穩(wěn)定性,并網(wǎng)基數(shù)負(fù)載設(shè)定值盡量控制在額定值的80%以內(nèi)。

3.5 并網(wǎng)接入點(diǎn)的保護(hù)配置分析

本次并網(wǎng)發(fā)電線路位于城市中心,并網(wǎng)接入點(diǎn)選擇了發(fā)電車具備停放條件的綜合商業(yè)某開閉所。當(dāng)壓差、頻差、相位角均校準(zhǔn)正常后,發(fā)電時(shí)并網(wǎng)接入點(diǎn)開閉所開關(guān)保護(hù)電流速斷跳閘,裝置顯示動作電流二次值為5.2 A。

對并網(wǎng)接入點(diǎn)開關(guān)再次排查,發(fā)現(xiàn)該開閉所跳閘開關(guān)流變變比為50/5,二次電流為5.2 A,可計(jì)算得出保護(hù)一次電流值為52 A。經(jīng)檢查該保護(hù)電流速斷二次定值為4 A、0 s,即一次定值僅為40 A、0 s,因此實(shí)際電流52 A超過該保護(hù)電流速斷設(shè)定值40 A,保護(hù)正確動作,斷路器正確跳閘。

對發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)同期期間電流較大原因進(jìn)行核查,并網(wǎng)時(shí)因帶負(fù)荷合閘產(chǎn)生勵磁涌流、滑差電壓存在以及相位差等影響,發(fā)電車設(shè)置輸出功率為300 kW,實(shí)際輸出功率為881 kW,實(shí)際輸出功率對照設(shè)置功率出現(xiàn)了較大偏移,相應(yīng)輸出電流較大,造成電網(wǎng)保護(hù)越限跳閘?？紤]并網(wǎng)操作過程中上述影響發(fā)電機(jī)輸出功率的不穩(wěn)定因素存在,因此并網(wǎng)接入點(diǎn)的電網(wǎng)保護(hù)定值應(yīng)綜合考慮開關(guān)變比、并網(wǎng)輸出功率、勵磁涌流等影響[3],保護(hù)定值二次值可參照式(1)進(jìn)行合理整定。

(1)

式中:p為并網(wǎng)最大輸出功率,kW;U為并網(wǎng)電壓,kV;N為開關(guān)變比;cosφ為負(fù)荷功率因素;K為可靠性系數(shù),按照經(jīng)驗(yàn)K可選擇1.2～3。

4 工作建議

(1)方案階段:選擇并網(wǎng)接入點(diǎn)應(yīng)充分開展現(xiàn)場勘查,1 600 kW及以上中壓發(fā)電車體積(17.5 m×2.55 m×4 m)、重量(滿油后重量49 t)均較大,因此車輛行駛和停放是至關(guān)重要的一環(huán),前期方案勘查應(yīng)結(jié)合道路寬度、橋洞高度、橋梁最大荷載等實(shí)際條件科學(xué)規(guī)劃路線和車輛停放位置;其次需重點(diǎn)關(guān)注電網(wǎng)電壓隨負(fù)荷波動情況,中壓發(fā)電車接入點(diǎn)電壓需大于10 kV,若線路負(fù)荷過重,接入點(diǎn)盡可能選在靠近變電站出線側(cè)接入。

(2)并網(wǎng)前:對并網(wǎng)接入點(diǎn)開展相序核對,確定三相相序正確;考慮到隨著負(fù)荷增長,系統(tǒng)電壓進(jìn)一步降低,機(jī)組可能出現(xiàn)“排線壓低”“逆功分閘”“短路電流分閘”等保護(hù)跳閘事件,導(dǎo)致機(jī)組無法與電網(wǎng)正常同步,因此應(yīng)仔細(xì)檢查核對并網(wǎng)點(diǎn)電網(wǎng)電壓值,嚴(yán)格設(shè)置輸出額定電壓等發(fā)電車參數(shù);檢查并網(wǎng)接入點(diǎn)開關(guān),合理設(shè)置保護(hù)定值。

(3)并網(wǎng)發(fā)電:并網(wǎng)前期逐步穩(wěn)定抬升輸出功率,其次嚴(yán)格控制機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)長,防止機(jī)組溫度過高跳閘,確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行;最后做好相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),關(guān)注電量耗油比,提升中壓發(fā)電車經(jīng)濟(jì)性能。

5 結(jié)論

10 kV中壓發(fā)電車并網(wǎng)時(shí),系統(tǒng)電壓過低將導(dǎo)致電網(wǎng)和中壓發(fā)電機(jī)組之間電壓滑差過大,進(jìn)而導(dǎo)致并網(wǎng)失敗。本文介紹的一起因系統(tǒng)電壓過低且接入點(diǎn)電網(wǎng)保護(hù)配置不合理導(dǎo)致中壓發(fā)電車并網(wǎng)失敗的案例,暴露出中壓發(fā)電車現(xiàn)場操作人員對機(jī)組并網(wǎng)原理、保護(hù)配置配合計(jì)算以及現(xiàn)場突發(fā)事件有效處置存在認(rèn)知盲區(qū)。在今后工作中,現(xiàn)場人員應(yīng)吸取經(jīng)驗(yàn),在前期現(xiàn)場勘查時(shí),將接入點(diǎn)電壓、負(fù)荷、保護(hù)配置等因素納入中壓發(fā)電車并網(wǎng)接入方案,加強(qiáng)技術(shù)總結(jié)與現(xiàn)場應(yīng)用。