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300MW發電機進相運行的探討

發布時間:2021-08-04

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發布者:未知


目前廣東電網的邊遠地區普通存在無功過剩現象,電網電壓經常偏高,在節假日豐水季節和小方式運行時問題尤為突出。在位于粵西地區的茂名電廠的300MW機組開展進相運行,具有重要的意義。為此,該機組于投運初期進行了一次進相試驗,下面就此次試驗進行分析,并提出建議方案及總結。

粵西地區電網簡介


圖1 粵西地區的電網簡圖

 

由圖1可看出,300MW是茂名熱電廠容量最大的機組,處湛江地區和陽江地區的中部,220kV母線的電壓必須維持在220—242kV之間,茂陽線,茂榭甲線,茂榭乙線,茂河線所輸送的無功直接影響到整個地區的電壓質量。按廣東省電力調度中心計算,茂名電廠系統阻抗值為0.0026+j0.0174(以上數據是以標幺值表示的,其基準值為U=220kV,S=100MVA。)

茂名熱電廠300MW發電機的勵磁系統簡介及參數

茂名熱電廠#6機組采用機端自并勵勵磁方式,其勵磁系統原理圖如下圖2所示[4]。其中,Vt為發電機電壓,Uref為給定參考電壓。Pe為電功率,TR和TP分別為發電機電壓和有功功率測量時間常數。

 

PID模型中TR=0.04,為發電機電壓測量時間常數,參照廠家試驗值給出;其余可整定參數值:KP=40,T1=0,T2=0.02,Ti=5。


圖2
 

圖2 茂名熱電廠#6機GEC-2E型勵磁調節器PID模型

進相試驗分析

試驗前220kV母線電壓為235.8kV, #6號機組有功功率300MW,無功155MVar, 由于#6號機組的主變、廠高變的抽頭設置不合理, 試驗前將廠用電切換到備用變供電, 試驗限制條件[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;發電機端電壓應在18—21kV之間;發電機定子電流不應超過額定值10.189kA;發電機轉子電流不應超過額定值 2075 A;最大進相無功值不應該超過廠家給出的邊界值;最大進相無功值不應該超過該機組的靜態穩定極限;最大發電機(相對于等值機)功率角不應該超過90°;發電機冷卻系統工作正常,各部溫升在正常范圍內,定子鐵芯溫度小于等于120℃,定子繞組溫度小于等于90℃等;汽輪發電機組軸系振動在正常范圍內。



1、進相運行效果檢查及進相深度試驗

逐步減少發電機無功出力,并在每減少30~50MVar的無功時測量發電機各參數值, 直至試驗限制條件中任一條件受到限制為止。試驗中當Q減少到預測的靜穩極限或功率角大于70°時,放緩減磁速度,試驗結果見表1。


表1 進相運行試驗記錄表


試驗測得P=240MW時的最大進相深度為-104MVar。P=180MW時最大進相深度為-107MVar。如表2所示。

表2 機組進相運行最大深度點記錄


從表1測量數據看,在不同工況下試驗時,由于廠用電切換到備用變壓器,因此6kV廠用電電壓沒有成為限制條件,試驗時6kV廠高變的空載電壓最低達到到5.7kV下限。現場試驗時主變抽頭位置是Ⅲ檔,中調下達的主變抽頭位置是Ⅳ檔。按照現場試驗及運行數據,當主變抽頭調整到第Ⅳ檔后,按220kV母線電壓230kV,發電機進相-60Mvar,估算可得,發電機機端電壓為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,并留有一定的裕度。

從表1測量數據看,本次試驗測得的最大功率角只有87.9°左右,尚未達到90°的手動勵磁調節穩定區。在投入自動勵磁調節器時,穩定區域將擴大超出手動勵磁調節器穩定區,故離靜態功率角穩定極限還有相當明顯的裕度。試驗結果還顯示,有功功率越低,則相同進相無功下的功率角越小,靜穩極限所允許的進相無功越大。

從表1測量數據看,電廠220kV母線電壓最高達到235.8kV左右,在進相無功較大時,發電機機端電壓最低在18.1kV,達到機端額定電壓的90%下限,成為進相運行的限制條件。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構成進相運行深度的限制因素。同時也說明試驗時主變抽頭不合理,應按調度令調整為第Ⅳ檔。

由表1測量數據可見,在試驗期間的任何進相運行工作點,定子電流均未超過額定值的限制,并還有較大的裕度。

 

2、溫升試驗

P=300MW,Q=-91MVar;P=180MW,Q=-107Mvar,讀取定子鐵芯溫度值,直至溫度基本穩定為止。如表1的溫度測量數據可知,鐵芯端部測點溫度在進相運行時變化不大,很快就穩定,而且有些測點的溫度還有所下降,說明溫度不是限制該機組進相運行的因素。
 

3、調壓試驗

 

分別在發電機P=300MW和180MW時,在最大進相邊界處停留的溫升試驗結束后進行調相調壓試驗。在盡量保持有功功率和無功功率恒定的條件下,將無功快速增加。當無功增加到40MVar時,記錄無功增加前后的220kV母線電壓和周圍變電站220kV電壓變化情況。試驗結果見表3。
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表3 220 kV母線電壓記錄

從表3的幾組測量數據可以看出,在茂名電廠開展進相運行,對本廠的調壓效果是十分顯著的,對220kV母線電壓的影響范圍約為2.4kV/100MVar左右;而且對鄰近的河東站、榭平嶺站220kV母線電壓的影響范圍約為2kV/100Mvar左右;對陽江站220kV母線電壓的影響范圍約為1.5kV/100Mvar左右。

實驗結果

此次試驗為該機組采取進相運行方式提供了依據:在各種工況下進相功率角不超過90°,該機組可以在留有足夠靜態功率角穩定裕度的情況下開展進相運行,參與電網調壓。

從進相運行試驗的結果分析,試驗時主變抽頭位置為第Ⅲ檔,致使機端電壓偏低,應該按照中調下達的指令,調整主變抽頭為第Ⅳ檔,由此,根據現場試驗數據分析估算得在220kV母線電壓為232kV,發電機無功為零時各級電壓水平為:機端電壓為19.6kV,6kV母線電壓為5.97kV,從各級電壓水平來看,按中調令調整主變抽頭為Ⅳ檔后,高廠變的抽頭不用調整。按單臺機滿負荷進相60MVar考慮,此機組進相運行可以調低220kV電壓1.5kV左右。低于滿負荷時,進相的深度將更大。按照目前的保護配置,在前面的任何試驗工況下,保護及自動勵磁調節器等自動裝置都不會誤動,可以保證進相運行的安全。在各種工況下,最大進相深度-91Mvar,發電機溫度、振動和輔機等均工作正常。進相運行時機組的定子電流不會過載。進相運行時機組的定子鐵芯和線圈溫度均不會超出制造廠的規定值。


建議

建議僅在系統電壓較高(235kV以上)和投入自動勵磁調節器的情況下才開展進相運行;此時的進相深度限制線可選為P—Q平面上點(180MW,-85MVar)和點(300MW,-60MVar)的連線,輸出功率少于180MW時,可以仍然取-90MVar作為進相行邊界。為安全起見,勵磁調節器在手動控制方式時不要進相運行。建議利用進相運行在線監測儀監測機組對系統等值機的功率角,并將功率角限制(報警)設置為80°,以加強滿負荷深度進相運行時的安全性。該機組廠用電電壓不低于5.70kV,以保證廠用電系統的安全運行,并在進相運行監測儀中設置相應的廠用電電壓低報警等。建議將目前主變抽頭位置調整一檔,由242/20改為235.95/20。低壓廠用變的抽頭應根據380V各段電壓水平確定是否調整,以保證足夠的穩定裕度。


結論

 

該機組的在大修過程中,采納了以上建議并調整了部份低壓廠變的抽頭。在粵西電網無功過剩時期,普遍帶低無功運行,亦短時間進相運行過,安全性良好。對廣東省電網的優質運行有實際意義。


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