摘  要： 針對(duì)出線側(cè)帶并聯(lián)電抗器的大型火電機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)核相試驗(yàn)時(shí)遇到的特殊問(wèn)題，提出了以發(fā)電機(jī)作為核相電源，進(jìn)行兩待并系統(tǒng)核相的新方法。對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行仿真模擬，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中各電量的變化進(jìn)行考查，并對(duì)各設(shè)備保護(hù)的定值整定和投入進(jìn)行論證。最后在核相試驗(yàn)過(guò)程中采取綜合措施順利解決勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)配合問(wèn)題，圓滿完成核相試驗(yàn)。

　　關(guān)鍵詞： 核相試驗(yàn)；零起升壓；并聯(lián)電抗器

0 引言

　　相序、相位不同的兩電源系統(tǒng)合環(huán)時(shí)，將會(huì)造成嚴(yán)重的短路事故，因此，新投運(yùn)電廠必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特點(diǎn)和實(shí)際接線進(jìn)行核相試驗(yàn)，預(yù)防此類事故發(fā)生[1-2]。目前，甘肅省內(nèi)600 MW及以上大型火電機(jī)組均采用單元接線方式接入750 kV超高壓電網(wǎng)，并在出線處接入并聯(lián)電抗器以補(bǔ)償長(zhǎng)線路的對(duì)地電容。在大容量并聯(lián)電抗器接入情況下，進(jìn)行核相試驗(yàn)時(shí)必須考慮并聯(lián)電抗器的過(guò)補(bǔ)償效應(yīng)。本文以大唐景泰電廠核相試驗(yàn)的技術(shù)研究與實(shí)踐為基礎(chǔ)，總結(jié)出線側(cè)帶并聯(lián)電抗器的大型火電機(jī)組并網(wǎng)核相試驗(yàn)新方法。

　　1 核相新技術(shù)

　　新建發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)前，都要進(jìn)行核相試驗(yàn)[3]。一般情況下，發(fā)電廠與電網(wǎng)核相試驗(yàn)采用線路側(cè)提供核相電源，以倒充主變的方式進(jìn)行。景泰電廠所接750 kV景白線由于線路較長(zhǎng)，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全，不宜采用倒充主變方式?？疾榫疤╇姀S一次接線，決定采取以發(fā)電機(jī)為核相電源，升壓帶起主變高側(cè)PT和線路側(cè)PT進(jìn)行核相。景泰電廠一次接線方式如圖1所示。

　　由景泰電廠出線結(jié)構(gòu)可知，線路并聯(lián)電抗器位于主變高壓側(cè)PT和線路側(cè)PT之間，且其容量達(dá)300 MW，因而以此種方式核相必須考慮電抗器過(guò)補(bǔ)償效應(yīng)的影響。首先，必須對(duì)發(fā)電機(jī)帶電抗器升壓過(guò)程中電流電壓變化情況有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，確保此種核相方式不影響設(shè)備安全[4]。其次，必須對(duì)這種方式下發(fā)電機(jī)保護(hù)、電抗器保護(hù)定值和保護(hù)投退進(jìn)行論證，確保繼電保護(hù)起到應(yīng)有作用[5]。最后，勵(lì)磁系統(tǒng)以空載情況為依據(jù)對(duì)零起升壓相關(guān)參數(shù)進(jìn)行限定，必須在核相過(guò)程中采取綜合措施解決勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)配合問(wèn)題。

　　2 電抗器模型

　　圖2所示為并聯(lián)電抗器的物理模型，其中u為外加的正弦電壓，2分別為主磁通、漏磁通、經(jīng)過(guò)旁軛的磁通，im是激勵(lì)電流，e為線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

　　相應(yīng)的電路與磁路方程為：

　　其中，i1為磁化電流，分別為主磁通與漏磁通的磁導(dǎo)，L1、L分別為主電感和漏電感。

　　根據(jù)電磁感應(yīng)定律與基爾霍夫電壓定律得：

　　圖3為并聯(lián)電抗器的等效電路，其中rFe為鐵耗等效電阻，r為線圈繞組，Lgap、Lnon分別為氣隙電感和鐵心電感。

　　激勵(lì)電流包括磁化電流與鐵耗電流，即：

　　其中，

　　電感又可等效為氣隙電感和鐵心電感，即：

　　L1=Lgap+Lnon（9）

　　由圖2與圖3及式（1）~（9）能夠?qū)﹄娍蛊鞯母鱾€(gè)電氣量有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，使繼電保護(hù)的整定與后期的核相工作有可靠的理論支持。

3 仿真論證

　　以發(fā)電機(jī)作為單一電源進(jìn)行核相試驗(yàn)，擬采取的實(shí)驗(yàn)步驟如下：打開(kāi)線路側(cè)連接，主開(kāi)關(guān)處于斷位，發(fā)電機(jī)進(jìn)行空載零起升壓，待電壓穩(wěn)定于某一值后，合主開(kāi)關(guān)，帶起主變高側(cè)PT和線路側(cè)PT。此核相試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)端將突加300 MW并聯(lián)電抗器負(fù)載，可能會(huì)產(chǎn)生較大的暫態(tài)電流。因此，應(yīng)首先對(duì)這種核相方式下主變高壓側(cè)電流、電壓進(jìn)行仿真研究，對(duì)各量變化情況有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，為繼電保護(hù)的定值整定和配置提供可靠參考[1]。以PSCAD/EMTDC為平臺(tái)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的電流、電壓變化情況進(jìn)行仿真。

　　PSCAD/EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC System）軟件包是目前世界上較廣泛使用的一種電力系統(tǒng)分析軟件，其主要功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域計(jì)算仿真，典型應(yīng)用是計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)電參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律。根據(jù)景泰電廠一次接線情況，搭建仿真電路如圖4所示。

　　仿真模擬發(fā)電機(jī)空載升壓至額定值后，合主開(kāi)關(guān)，考查此過(guò)程中主變高側(cè)暫態(tài)電流的大小以及主變高側(cè)電壓的變化情況。仿真過(guò)程未考慮勵(lì)磁系統(tǒng)特性，設(shè)定機(jī)端電壓在一個(gè)周波后升至額定值，且各元件均設(shè)置為理想元件。電流、電壓仿真波形圖如圖5所示。

　　由圖5可見(jiàn)，電流在合閘瞬間出現(xiàn)最大瞬態(tài)值1.2 kA，并在大約兩個(gè)周波后穩(wěn)定于0.1 kA（峰值）。根據(jù)仿真結(jié)果分析保護(hù)的定值整定情況：依調(diào)度定值單，景泰電廠主變復(fù)壓過(guò)流保護(hù)未用，故不考慮此項(xiàng)保護(hù)；電抗器過(guò)流保護(hù)定值為300 A，動(dòng)作延時(shí)為1.5 s，雖然此突增暫態(tài)電流大于電抗器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作值，但其衰減速度很快，故電抗器保護(hù)亦不會(huì)誤動(dòng)；并且此電流對(duì)于發(fā)電機(jī)、主變、電抗器均為穿越性電流，差動(dòng)保護(hù)可靠不動(dòng)作。據(jù)以上分析可知，此核相方法對(duì)各設(shè)備電流保護(hù)不構(gòu)成影響，可以在不修改定值的情況下進(jìn)行試驗(yàn)。

　　保護(hù)配置方面，除發(fā)變組、電抗器相關(guān)保護(hù)應(yīng)全數(shù)投入外，由于主開(kāi)關(guān)到電抗器高端這一段線路包含于線路保護(hù)中，故線路保護(hù)中除線路差動(dòng)保護(hù)外的部分亦應(yīng)投入，以期對(duì)帶電范圍內(nèi)所有部分進(jìn)行充分保護(hù)[5]。

4 核相新技術(shù)應(yīng)用

　　發(fā)電機(jī)空載升壓至50%Ue（10 kV），合上發(fā)電機(jī)出口斷路器。之后，機(jī)端電壓下降至10%Ue（2  kV），調(diào)節(jié)器自動(dòng)升壓，當(dāng)上升至25%Ue（5 kV）時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)“復(fù)勵(lì)故障”信號(hào)，滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，勵(lì)磁系統(tǒng)退出運(yùn)行。

　　分析故障原因：“復(fù)勵(lì)故障”信號(hào)代表蓄電池復(fù)勵(lì)時(shí)間超過(guò)了CMPD MAX TIME（307）的設(shè)定，即在復(fù)勵(lì)時(shí)限內(nèi)，機(jī)端電壓未能升至設(shè)定值。調(diào)節(jié)器默認(rèn)在機(jī)端電壓降至10%Ue時(shí)再次投入起勵(lì)電源，以復(fù)勵(lì)方式運(yùn)行?？梢?jiàn)電抗器負(fù)載的接入大幅拉低了機(jī)端電壓，而此期間調(diào)節(jié)器自動(dòng)升壓步長(zhǎng)較小，電壓不能在給定時(shí)限內(nèi)恢復(fù)，導(dǎo)致復(fù)勵(lì)方式投入時(shí)間超過(guò)了限值，從而報(bào)出“復(fù)勵(lì)故障”。

　　為使發(fā)電機(jī)在復(fù)勵(lì)時(shí)限內(nèi)能夠成功帶起并聯(lián)電抗器，必須縮短從零起到電壓穩(wěn)定于50%Ue的時(shí)間。有兩種手段可達(dá)到這一目的，其一為修改勵(lì)磁系統(tǒng)限制值。檢查CMPD ON LEVEL（306）、CMPD MAX TIME（307）和SUPPLY MODE（901）三個(gè)參數(shù)的設(shè)置：參數(shù)CMPD ON LEVEL（306）固化設(shè)為10%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法修改；參數(shù)CMPD MAX TIME為直流復(fù)勵(lì)回路投入時(shí)間，考慮到復(fù)勵(lì)回路容量很小，長(zhǎng)時(shí)間投入可能會(huì)使其燒毀，故此定值也無(wú)法修改。于是考慮第二種手段，即合斷路器帶起電抗器后，在復(fù)勵(lì)時(shí)限內(nèi)加快發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的回升速度。本文決定采取勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)升壓的同時(shí)手動(dòng)增磁的辦法，以期在復(fù)勵(lì)時(shí)限之內(nèi)恢復(fù)機(jī)端電壓。再次開(kāi)始試驗(yàn)，仍建壓至50%Ue，在合斷路器后立即開(kāi)始手動(dòng)增磁，此次發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓成功穩(wěn)定在50%Ue，而且勵(lì)磁系統(tǒng)各參數(shù)亦均在限值范圍以內(nèi)。發(fā)電機(jī)成功帶起300 MVar電抗器負(fù)荷，電壓保持穩(wěn)定，調(diào)試人員立即開(kāi)始進(jìn)行二次電壓核相。

　　以勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)升壓的同時(shí)手動(dòng)增磁的方式，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各時(shí)限定值以內(nèi)，帶起300 MVar電抗器負(fù)荷，并使電壓保持穩(wěn)定。此時(shí)線路側(cè)PT與主變高側(cè)PT接入同一電源系統(tǒng)，在兩PT的二次側(cè)測(cè)量同名端子和非同名端子的電壓差值，其相別測(cè)量關(guān)系如表1所示。

　　可見(jiàn)系統(tǒng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)電壓相序完全一致，兩個(gè)待并電源系統(tǒng)符合合環(huán)條件，核相試驗(yàn)順利完成。

5 結(jié)論

　　發(fā)電機(jī)作為核相電源，帶并聯(lián)電抗器負(fù)載進(jìn)行主變高側(cè)PT和線路PT核相的試驗(yàn)方式在省內(nèi)尚屬首次。本文對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中各電壓電流量變化情況進(jìn)行仿真，研究分析其對(duì)發(fā)電機(jī)和電抗器保護(hù)的影響，提出詳細(xì)實(shí)施方案，在實(shí)施過(guò)程中對(duì)機(jī)端電壓和勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)分析，適當(dāng)修改勵(lì)磁系統(tǒng)限值參數(shù)，最終順利完成核相試驗(yàn)。本文方法為今后其他類似一次出線結(jié)構(gòu)電廠的核相工作提供了有益參考。

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