目前廣東電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)普通存在無(wú)功過(guò)剩現(xiàn)象，電網(wǎng)電壓經(jīng)常偏高，在節(jié)假日、豐水季節(jié)和小方式運(yùn)行時(shí)問(wèn)題尤為突出。在位于粵西地區(qū)的茂名電廠的300MW機(jī)組開(kāi)展進(jìn)相運(yùn)行，具有重要的意義。為此，該機(jī)組于投運(yùn)初期進(jìn)行了一次進(jìn)相試驗(yàn)，下面就此次試驗(yàn)進(jìn)行分析,并提出建議方案及總結(jié)。

粵西地區(qū)電網(wǎng)簡(jiǎn)介

粵西地區(qū)的電網(wǎng)簡(jiǎn)圖如下：

圖1 粵西地區(qū)的電網(wǎng)簡(jiǎn)圖

由圖1可看出，300MW是茂名熱電廠容量最大的機(jī)組^[2]，處湛江地區(qū)和陽(yáng)江地區(qū)的中部，220kV母線的電壓必須維持在220—242kV之間,茂陽(yáng)線，茂榭甲線，茂榭乙線，茂河線所輸送的無(wú)功直接影響到整個(gè)地區(qū)的電壓質(zhì)量。按廣東省電力調(diào)度中心計(jì)算，茂名電廠系統(tǒng)阻抗值為0.0026+j0.0174（以上數(shù)據(jù)是以標(biāo)幺值表示的，其基準(zhǔn)值為U=220kV，S=100MVA。）^[3]

茂名熱電廠300MW發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介及參數(shù)

茂名熱電廠#6機(jī)組采用機(jī)端自并勵(lì)勵(lì)磁方式，其勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖如下圖2所示^[4]。其中，Vt為發(fā)電機(jī)電壓，Uref為給定參考電壓。Pe為電功率，T_R和T_P分別為發(fā)電機(jī)電壓和有功功率測(cè)量時(shí)間常數(shù)。

PID模型中TR=0.04，為發(fā)電機(jī)電壓測(cè)量時(shí)間常數(shù)，參照廠家試驗(yàn)值給出；其余可整定參數(shù)值：K_P=40，T1=0，T2=0.02，Ti=5。

圖2 茂名熱電廠#6機(jī)GEC-2E型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PID模型

進(jìn)相試驗(yàn)與分析

試驗(yàn)前220kV母線電壓為235.8kV, #6號(hào)機(jī)組有功功率300MW,無(wú)功155MVar, 由于#6號(hào)機(jī)組的主變、廠高變的抽頭設(shè)置不合理, 試驗(yàn)前將廠用電切換到備用變供電, 試驗(yàn)限制條件^[5]為:

• 220kV母線電壓維持在220—242kV之間；
• 6kV母線電壓維持在5.7—6.5kV之間；
• 發(fā)電機(jī)端電壓應(yīng)在18—21kV之間；
• 發(fā)電機(jī)定子電流不應(yīng)超過(guò)額定值10.189kA；
• 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過(guò)額定值 2075 A；
• 最大進(jìn)相無(wú)功值不應(yīng)該超過(guò)廠家給出的邊界值；
• 最大進(jìn)相無(wú)功值不應(yīng)該超過(guò)該機(jī)組的靜態(tài)穩(wěn)定極限；
• 最大發(fā)電機(jī)（相對(duì)于等值機(jī)）功率角不應(yīng)該超過(guò)90°；
• 發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)工作正常，各部溫升在正常范圍內(nèi)，定子鐵芯溫度小于等于120℃，定子繞組溫度小于等于90℃等；
• 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)在正常范圍內(nèi)。

1、進(jìn)相運(yùn)行效果檢查及進(jìn)相深度試驗(yàn)

逐步減少發(fā)電機(jī)無(wú)功出力，并在每減少30～50MVar的無(wú)功時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)各參數(shù)值, 直至試驗(yàn)限制條件中任一條件受到限制為止。試驗(yàn)中當(dāng)Q減少到預(yù)測(cè)的靜穩(wěn)極限或功率角大于70°時(shí)，放緩減磁速度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

試驗(yàn)測(cè)得P=240MW時(shí)的最大進(jìn)相深度為-104MVar。P=180MW時(shí)最大進(jìn)相深度為-107MVar。如表2所示。

從表1測(cè)量數(shù)據(jù)看，在不同工況下試驗(yàn)時(shí)，由于廠用電切換到備用變壓器，因此6kV廠用電電壓沒(méi)有成為限制條件，試驗(yàn)時(shí)6kV廠高變的空載電壓最低達(dá)到到5.7kV下限。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)主變抽頭位置是Ⅲ檔，中調(diào)下達(dá)的主變抽頭位置是Ⅳ檔。按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)主變抽頭調(diào)整到第Ⅳ檔后，按220kV母線電壓230kV，發(fā)電機(jī)進(jìn)相-60Mvar，估算可得，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為18.9kV，6kV母線電壓為5.8kV，功率角為79°，均在4.4的限制條件內(nèi)，并留有一定的裕度。

從表1測(cè)量數(shù)據(jù)看，本次試驗(yàn)測(cè)得的最大功率角只有87.9°左右，尚未達(dá)到90°的手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)穩(wěn)定區(qū)。在投入自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)，穩(wěn)定區(qū)域?qū)U(kuò)大超出手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器穩(wěn)定區(qū)，故離靜態(tài)功率角穩(wěn)定極限還有相當(dāng)明顯的裕度。試驗(yàn)結(jié)果還顯示，有功功率越低，則相同進(jìn)相無(wú)功下的功率角越小，靜穩(wěn)極限所允許的進(jìn)相無(wú)功越大。

從表1測(cè)量數(shù)據(jù)看，電廠220kV母線電壓最高達(dá)到235.8kV左右，在進(jìn)相無(wú)功較大時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓最低在18.1kV，達(dá)到機(jī)端額定電壓的90%下限，成為進(jìn)相運(yùn)行的限制條件。電廠220kV母線電壓最低為229.3kV，故電廠220kV母線電壓下降將不會(huì)構(gòu)成進(jìn)相運(yùn)行深度的限制因素。同時(shí)也說(shuō)明試驗(yàn)時(shí)主變抽頭不合理，應(yīng)按調(diào)度令調(diào)整為第Ⅳ檔。

由表1測(cè)量數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在試驗(yàn)期間的任何進(jìn)相運(yùn)行工作點(diǎn)，定子電流均未超過(guò)額定值的限制，并還有較大的裕度。

表1 進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)記錄表

表2 機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行最大深度點(diǎn)記錄

2、溫升試驗(yàn)

P=300MW，Ｑ＝-91MVar；Ｐ＝180MW，Ｑ＝-107Mvar,讀取定子鐵芯溫度值，直至溫度基本穩(wěn)定為止。如表1的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)可知，鐵芯端部測(cè)點(diǎn)溫度在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)變化不大，很快就穩(wěn)定，而且有些測(cè)點(diǎn)的溫度還有所下降，說(shuō)明溫度不是限制該機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的因素。

3、調(diào)壓試驗(yàn)

分別在發(fā)電機(jī)P=300MW和180MW時(shí),在最大進(jìn)相邊界處停留的溫升試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行調(diào)相調(diào)壓試驗(yàn)。在盡量保持有功功率和無(wú)功功率恒定的條件下，將無(wú)功快速增加。當(dāng)無(wú)功增加到40MVar時(shí)，記錄無(wú)功增加前后的220kV母線電壓和周圍變電站220kV電壓變化情況。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 220 kV母線電壓記錄

從表3的幾組測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，在茂名電廠開(kāi)展進(jìn)相運(yùn)行，對(duì)本廠的調(diào)壓效果是十分顯著的，對(duì)220kV母線電壓的影響范圍約為2.4kV/100MVar左右；而且對(duì)鄰近的河?xùn)|站、榭平嶺站220kV母線電壓的影響范圍約為2kV/100Mvar左右；對(duì)陽(yáng)江站220kV母線電壓的影響范圍約為1.5kV/100Mvar左右。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

此次試驗(yàn)為該機(jī)組采取進(jìn)相運(yùn)行方式提供了依據(jù)：在各種工況下進(jìn)相功率角不超過(guò)90°，該機(jī)組可以在留有足夠靜態(tài)功率角穩(wěn)定裕度的情況下開(kāi)展進(jìn)相運(yùn)行,參與電網(wǎng)調(diào)壓。

• 從進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)的結(jié)果分析，試驗(yàn)時(shí)主變抽頭位置為第Ⅲ檔，致使機(jī)端電壓偏低，應(yīng)該按照中調(diào)下達(dá)的指令，調(diào)整主變抽頭為第Ⅳ檔，由此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析估算得在220kV母線電壓為232kV，發(fā)電機(jī)無(wú)功為零時(shí)各級(jí)電壓水平為：機(jī)端電壓為19.6kV，6kV母線電壓為5.97kV，從各級(jí)電壓水平來(lái)看，按中調(diào)令調(diào)整主變抽頭為Ⅳ檔后，高廠變的抽頭不用調(diào)整。
• 按單臺(tái)機(jī)滿負(fù)荷進(jìn)相60MVar考慮，此機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行可以調(diào)低220kV電壓1.5kV左右。低于滿負(fù)荷時(shí)，進(jìn)相的深度將更大。
• 按照目前的保護(hù)配置，在前面的任何試驗(yàn)工況下，保護(hù)及自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等自動(dòng)裝置都不會(huì)誤動(dòng)，可以保證進(jìn)相運(yùn)行的安全。
• 在各種工況下，最大進(jìn)相深度-91Mvar，發(fā)電機(jī)溫度、振動(dòng)和輔機(jī)等均工作正常。
• 進(jìn)相運(yùn)行時(shí)機(jī)組的定子電流不會(huì)過(guò)載。
• 進(jìn)相運(yùn)行時(shí)機(jī)組的定子鐵芯和線圈溫度均不會(huì)超出制造廠的規(guī)定值。

建議

• 建議僅在系統(tǒng)電壓較高（235kV以上）和投入自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的情況下才開(kāi)展進(jìn)相運(yùn)行；此時(shí)的進(jìn)相深度限制線可選為P—Q平面上點(diǎn)（180MW，-85MVar）和點(diǎn)（300MW，-60MVar）的連線，輸出功率少于180MW時(shí)，可以仍然取-90MVar作為進(jìn)相行邊界。為安全起見(jiàn)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在手動(dòng)控制方式時(shí)不要進(jìn)相運(yùn)行。
• 建議利用進(jìn)相運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)機(jī)組對(duì)系統(tǒng)等值機(jī)的功率角，并將功率角限制（報(bào)警）設(shè)置為80°，以加強(qiáng)滿負(fù)荷深度進(jìn)相運(yùn)行時(shí)的安全性。該機(jī)組廠用電電壓不低于5.70kV，以保證廠用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并在進(jìn)相運(yùn)行監(jiān)測(cè)儀中設(shè)置相應(yīng)的廠用電電壓低報(bào)警等。
• 建議將目前主變抽頭位置調(diào)整一檔，由242/20改為235.95/20。低壓廠用變的抽頭應(yīng)根據(jù)380V各段電壓水平確定是否調(diào)整，以保證足夠的穩(wěn)定裕度。

結(jié)論

該機(jī)組的在大修過(guò)程中,采納了以上建議并調(diào)整了部份低壓廠變的抽頭。在粵西電網(wǎng)無(wú)功過(guò)剩時(shí)期，普遍帶低無(wú)功運(yùn)行，亦短時(shí)間進(jìn)相運(yùn)行過(guò)，安全性良好。對(duì)廣東省電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行有實(shí)際意義。（編自《電氣技術(shù)》，作者為鄭廣明。）