12號機組400V 廠用電壓合格率低的原因分析及改進

吳 菡

（上海電力新能源發展有限公司，上海200010）

1 400 V 廠用電壓概況

為了滿足上海電網對減小220kV 供電系統短路容量的要求，2010年4月吳涇熱電廠將主變12 更換為高阻抗變壓器。系統故障時，高阻抗變壓器可有效限制短路電流，減輕對電網的危害。

然而，將主變12更換為高阻抗變壓器后，吳涇熱電廠出現了400V23段廠用電壓合格率降低的情況。廠用電壓合格率低會導致400V 母線上的設備長期處于大電流的工作狀態，同時也會引起設備無法正常啟動、設備燒壞等現象，對電氣設備的使用產生直接影響。因此，本文著重對引起廠用電壓合格率低的原因進行調查分析。

2 400V 廠用電壓合格率低原因分析

我們通過對2010年5月—2011年1月的電壓點數取樣并對不合格原因進行調查，得到統計表1（取樣點數為每月600點）。

表1 電壓不合格原因調查表

分析2010年7月的廠用電壓數據后，得到直方圖（圖1）。

圖1 2010年7月廠用電壓數據圖

400V 廠用電壓的額定值為400V，根據規定，400V 側母線電壓允許在±5%Ue范圍內變化，即400V 母線電壓合格范圍為380～420V。400V 電壓標準為400V＋20－20，通過圖1中分布范圍B 與公差T 的比較以及分布中心μ 與公差中心M 的偏離程度可以看到，廠用電壓分布中心整體向左偏移，導致一部分電壓值低于標準值，過程能力不足。

造成廠用電壓低的原因有很多方面，例如發電機無功輸出不足、機端電壓低、主變帶高阻抗、變壓器變比不合適、超負荷運行等諸多方面。

2.1 主變帶高阻抗

國家電網規定新造電廠或擴建項目主變壓器須為高阻抗，以減少發生短路時短路電流對電網的影響，但同時高阻抗變壓器也導致了電壓降的增大。《電力變壓器選用導則》中規定一般中小型變壓器的短路阻抗在4%～10%，大型變壓器短路阻抗在12.5%～17.5%，調查吳涇熱電廠12號主變的短路阻抗為21.35%，明顯高于標準值。由此可見，吳涇電廠主變壓器屬于高阻抗變壓器。

2.2 廠用系統無功消耗較大

廠用系統帶較大的負荷同樣會使得電壓降增大。調查12號機組400V 廠用系統帶有較多電動機以及照明設備，使得廠用系統負荷較大。比較12號機組下所帶廠用23段與11號機組所帶廠用21 段母線消耗數值分別為120 600 var 和90 740var，12號機組廠用段無功消耗明顯偏大。

2.3 發電機無功輸出不足

為了調查發電機無功功率輸出與出口電壓的關系，我們查閱了《電力系統分析》無功功率與電壓水平關系圖（圖2）。

圖2 無功功率與電壓水平關系圖

從圖2中可以看出，當發電機電勢為一定值時，電壓由無功功率平衡點確定。因此，當負荷變動時，只要根據出口220kV電壓的變化情況，就能判斷發電機是否輸出了足夠的無功功率。

選擇Virtex-5系列XQ5FX70T芯片作為測試芯片，實驗所用測試數據集為仿真數據集：待布局邏輯功能數量規模范圍[5,20]，抽取4組測試數據，每組測試數據所包含的各類資源數量通過隨機方式產生，為驗證算法準確性，取10次運行時間的平均值作為測試結果.并且，每組測試數據保證至少3到10個邏輯功能包含BRAM資源，至少1到6個邏輯功能包含DSP資源.

查閱220kV 出口電壓數據，如表2所示。

表2 220kV 出口電壓數據

由表2中可以看出，220kV 出口電壓均達到標準，因此發電機可以滿足系統無功平衡的需求。

2.4 變壓器變比不合適

調查12號機組下400V 母線所使用的廠變是無載調壓變壓器，故其無法自動調節電壓，只能依靠擋位來實現電壓調節功能。由于變壓器分接頭不合適可能導致電壓值整體偏低，因此我們對6kV 母線電壓進行分析調查。

6kV母線電壓額定值為6.3kV，監測2010年5月—2011年1月共9個月的電壓數據后發現6kV母線電壓平均值為6.1kV。根據規定，6kV側母線電壓允許在±5%Ue范圍內變化，即6kV母線電壓合格范圍為5.985～6.615kV（圖3）。吳涇電廠6kV 母線電壓平均值為6.1kV，略低于額定電壓，但仍為合格電壓。

圖3 6kV 母線電壓合格范圍及實際值

通過觀察，廠用400V 母線電壓在變壓器各擋位下變化值如表3所示。

表3 廠用400V 母線電壓在變壓器各擋位下變化值

對廠變分接頭進行調查驗證后發現，400V 廠用段直接相連的廠變變壓器分接頭擋位長期固定在6 300/400側，使得廠用母線電壓與400V 標準相差較遠。由圖表我們可以得出由于變壓器分接頭不合適直接導致了電壓偏低的結論。

2.5 調查結論

根據驗證結果，我們找到了導致400V23段廠用電壓低的三個主要原因：

（1）變壓器帶高阻抗；

（2）廠用系統無功消耗大；

（3）變壓器變比不合適。

由于國家電網規定新造電廠或擴建項目主變壓器須為高阻抗，以減輕系統發生故障時故障電流對電網的影響，故我們暫時只考慮對（2）（3）兩條原因采取改進措施。

3 解決方案和改進措施

3.1 調節廠變分接頭

由于吳涇電廠廠變為無載調壓變壓器，變壓器分接頭固定不變。6kV 電壓平均值為6.1kV，根據上述圖表我們可以看出6 150/400是最適合該變壓器的擋位。因此將廠變分接頭從6 300/400擋位調整到6 150/400擋位是解決變壓器變比不合適的最佳方案。

3.2 優化負荷以減小廠用無功消耗

3.2.1 更換節能照明設備

將廠段原來使用的真空鍍膜燈全部更換成節能型的照明設備。原真空鍍膜燈無功功率為99.4var，而新型電子節能燈的無功功率為16.43var。12 號機組廠用段共有真空鍍膜燈120套，因此更換節能燈節約的無功＝（99.4－16.43）×120＝9 956.4var。

3.2.2 在400V 段安裝變頻調速裝置

在電動機上安裝變頻器，可降低電動機的轉速。由于采取恒轉矩特性，變頻調速后的電動機轉速不變，拖動力矩恒定，可以保證排量，從而實現了節約電能的作用。由公式Q＝Ptgδ，可得出P 減小將使Q 減小，安裝變頻調速裝置在節約有功功率的同時，也減小了無功功率的消耗。

4 實施效果

采取調整電壓及優化負荷等一系列措施后，我們再次選取了2011年7月的電壓數據制作了直方圖（圖4）。

圖4 2011年7月廠用電壓數據圖

從圖4中可以看出，400V 廠用段電壓分布中心已與標準值十分接近，過程能力得到了提高，調整后的廠用電壓能滿足400V 母線電壓合格范圍380～420V 的要求。

我們匯總了2011年6—9月400V 廠用電壓合格點數及合格率，如表4所示。

表4 2011年6—9月400V 廠用電壓合格點數及合格率

與2010年5月—2011年1月相比，電壓合格率明顯提高。由表4可知，通過調節變壓器分接頭擋位、優化負荷等一系列措施，400V 廠用段的電壓合格率得到了提高，從根本上解決了12號機組400V 廠用電壓不合格的問題。從成本上看，本次技術改進同樣減少了無功損耗，為吳涇電廠節約了巨大的電能成本。

5 結語

通過調查分析，我們得出了影響吳涇熱電廠廠用電壓合格率的主要原因為變壓器帶高阻抗、廠用系統無功消耗大及變壓器變比不合適。通過采用改變變壓器的分接頭以及降低廠用無功消耗的措施，我們成功使得廠用電壓合格率有了顯著提高。今后，我們將繼續在技術上追求精益求精，以確保機組和設備的可靠運行。