方家山核電2 號(hào)發(fā)電機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)分析

王 偉

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

電力系統(tǒng)在節(jié)假日或午夜等系統(tǒng)負(fù)荷處于低谷時(shí)間段，電網(wǎng)中常出現(xiàn)大量無功過剩情況，結(jié)果導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高，甚至超過電網(wǎng)電壓的允許值，這不僅影響了供電質(zhì)量，還會(huì)使電網(wǎng)損耗增加，影響電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時(shí)也威脅電氣設(shè)備特別是磁通密度較高的大型變壓器的安全用電。利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行來吸收電網(wǎng)過剩的無功功率，可以解決電網(wǎng)低谷運(yùn)行期間無功功率過剩、電壓過高問題，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最有效而又經(jīng)濟(jì)的必要措施之一。

發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行要確定發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定極限問題、發(fā)電機(jī)端部鐵心因漏磁引起發(fā)熱和機(jī)端電壓降低等問題。由制造廠提供的發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限圖是按照發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)確定的，不能直接作為發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的依據(jù)，故發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行參數(shù)還需通過試驗(yàn)來確定。

1 發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)準(zhǔn)備

方家山核電的汽輪發(fā)電機(jī)構(gòu)造及原理和火電機(jī)組的基本相同，因此核電機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)的限制條件按照《同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)導(dǎo)則》中火電機(jī)組的要求來確定，進(jìn)相運(yùn)行的限制條件主要包括：發(fā)電機(jī)功角、機(jī)端電壓、廠用電電壓、主變壓器高壓側(cè)電壓、發(fā)電機(jī)定子端部溫升、發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性等。其中靜態(tài)穩(wěn)定性限制主要體現(xiàn)在進(jìn)相無功和功角的控制。發(fā)電機(jī)無功進(jìn)相參照發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓并保留適當(dāng)裕度[1]。

表1 2 號(hào)發(fā)電機(jī)參數(shù)表

表2 2 號(hào)主變主要參數(shù)表

1.1 進(jìn)相試驗(yàn)限制條件

根據(jù)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)導(dǎo)則(Q/GDW 746-2012)確定了進(jìn)相試驗(yàn)限制條件具體要求：根據(jù)功角相對(duì)于極限功角90°要留有15 至20°的安全裕度，試驗(yàn)前確定發(fā)電機(jī)功角不能超過70°；發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不小于90%額定電壓（24*0.9=21.6KV）；機(jī)端電流不大于額定電流29108A；廠用電電壓不低于95%額定電壓（6.6*0.95=6.27KV），進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)廠用電不低于6.3KV；主變壓器高壓側(cè)電壓即500KV 母線電壓不低于電網(wǎng)規(guī)定值；發(fā)電機(jī)定子線圈、定子鐵芯、銅屏蔽等各部位的溫升不超過機(jī)組運(yùn)行中的限制值。

1.2 方家山核電機(jī)組基本情況介紹

秦山核電廠擴(kuò)建項(xiàng)目（方家山核電工程）以下簡稱方家山核電廠，規(guī)劃建設(shè)2×1000MW 級(jí)核電機(jī)組，機(jī)組分別以發(fā)電機(jī)-主變壓器單元接線升壓至500kV 系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器。發(fā)電機(jī)出口由封閉母線經(jīng)出口開關(guān)與主變壓器及兩臺(tái)高壓廠用變壓器連接。勵(lì)磁方式為自并勵(lì)旋轉(zhuǎn)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。本文針對(duì)2 號(hào)發(fā)電機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)進(jìn)行分析。

2 號(hào)發(fā)電機(jī)參數(shù)及失磁保護(hù)定值見表1，2 號(hào)主變主要參數(shù)見表2。

2 低勵(lì)限制與失磁保護(hù)分析

試驗(yàn)前首先分析了發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制曲線和發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)配合關(guān)系，低勵(lì)限制應(yīng)先于失磁保護(hù)動(dòng)作，避免發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)進(jìn)入發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作區(qū)造成失磁保護(hù)誤動(dòng)作。方家山發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)是在阻抗坐標(biāo)系內(nèi)按照發(fā)電機(jī)的異步阻抗圓整定的，勵(lì)磁系統(tǒng)的低勵(lì)限制曲線是在PQ 坐標(biāo)系內(nèi)整定的。為便于比較低勵(lì)限制與失磁保護(hù)配合關(guān)系，需將失磁保護(hù)從阻抗坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到PQ 坐標(biāo)系中。

2.1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與低勵(lì)限制曲線

方家山2 號(hào)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)轉(zhuǎn)換至PQ 坐標(biāo)系后的功率方程如下[2]：

式中X0=Z11+（Z21-Z11）/2=0.541Ω，R0=(Z21-Z11)/2=0.466Ω，發(fā)電機(jī)電壓取U=0.95Un。將其代人式（1）得發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)功率圓：

P2＋（Q＋3714）2＜32002曲線1

由導(dǎo)則Q/GDW 746-2012 可知，發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)功率極限圓方程為：

式中：UG為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；X∑S為發(fā)電機(jī)外電抗；XG為發(fā)電機(jī)直軸同步電抗。結(jié)合發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，靜穩(wěn)極限功率圓應(yīng)留有一定的儲(chǔ)備系數(shù)，一般取為10%，即靜穩(wěn)圓圓心和半徑乘以系數(shù)0.9[3]，將方家山參數(shù)代入式（2）得發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓：

勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制定值見表3。

表3 低勵(lì)限制定值表

2.2 同一坐標(biāo)系內(nèi)分析

將失磁保護(hù)功率圓、發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓和低勵(lì)限制曲線繪制在同一PQ 坐標(biāo)系內(nèi)，如圖1 所示。

圖1 PQ 坐標(biāo)下失磁保護(hù)、低勵(lì)限制曲線圖

圖1 中，曲線2 為發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓，圓內(nèi)為穩(wěn)定區(qū)；曲線1 為發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)功率圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)域；曲線3 為勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制曲線，曲線下方為低勵(lì)限制動(dòng)作區(qū)域。從圖中可看出，低勵(lì)限制曲線在失磁保護(hù)功率圓上方，兩者配合合理，裕度充分；低勵(lì)限制曲線在發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓內(nèi)，兩者之間裕度充分；發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓與失磁保護(hù)功率圓存在部分重疊，但由于低勵(lì)限制曲線與失磁保護(hù)功率圓之間有較大裕度，發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)會(huì)受到低勵(lì)限制曲線限制，不會(huì)進(jìn)入失磁保護(hù)圓內(nèi)發(fā)生失磁保護(hù)誤動(dòng)作的情況。

3 進(jìn)相試驗(yàn)分析

3.1 進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)期間2 號(hào)發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置投入運(yùn)行，主變?cè)O(shè)置為額定檔。由于方家山核電機(jī)組運(yùn)行時(shí)無輔助變供廠用電的運(yùn)行方式，所以試驗(yàn)只在高壓廠變供電的方式下進(jìn)行。為確保廠用電安全，試驗(yàn)時(shí)未調(diào)整高壓廠變的檔位。進(jìn)相試驗(yàn)在如下三種工況下進(jìn)行：

工況一：P=545MW，Q=-94.1Mvar（進(jìn)相）；

工況二：P=785MW，Q=-64.4Mvar（進(jìn)相）；

工況三：P=1089MW，Q=-15.4Mvar（進(jìn)相）。

進(jìn)相試驗(yàn)測量的電氣量數(shù)據(jù)見表4，測得的發(fā)電機(jī)溫升數(shù)據(jù)見表5[4]。

表4 電氣量測量數(shù)據(jù)表

表5 發(fā)電機(jī)溫升數(shù)據(jù)表

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表4 和表5 可知，在三個(gè)進(jìn)相試驗(yàn)工況中，發(fā)電機(jī)功角均控制在70 度以內(nèi)；發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓均不低于預(yù)定限值21.6KV 并有一定裕量；發(fā)電機(jī)定子線圈、定子鐵芯、銅屏蔽等各部位的溫度都在其溫度限值內(nèi)并有較大裕度；500KV 母線電壓不低于系統(tǒng)規(guī)定值；只有廠用電6.6KV 母線電壓最低達(dá)到6.3KV，接近最低限值，因此廠用電電壓是限制三個(gè)工況下機(jī)組進(jìn)相深度的主要原因。為確保機(jī)組及廠用電安全，試驗(yàn)時(shí)采取保守原則，進(jìn)相試驗(yàn)終止于廠用電電壓限值。

根據(jù)上述圖表中數(shù)據(jù)，試驗(yàn)的三種進(jìn)相工況保留了足夠的靜穩(wěn)定裕度。廠用電電壓雖然接近預(yù)定限值，但發(fā)電機(jī)電流和主要廠用負(fù)荷的電流上升不大并低于額定電流，并且廠用變壓器低壓側(cè)電壓在允許運(yùn)行范圍內(nèi)。因此機(jī)組在上述進(jìn)相工況下能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

4 結(jié)語

方家山2 號(hào)發(fā)電機(jī)組在三個(gè)進(jìn)相試驗(yàn)工況下所測得的電氣量、功角和發(fā)電機(jī)各部位溫升數(shù)據(jù)表明，方家山2 號(hào)發(fā)電機(jī)具備相應(yīng)工況下進(jìn)相運(yùn)行的能力。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行擴(kuò)大了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行范圍，增加了電網(wǎng)調(diào)度對(duì)系統(tǒng)有功、無功潮流調(diào)配能力，保障系統(tǒng)電壓變化更加平穩(wěn)。

［1］Q/GDW 746-2012.同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社,2012.

［2］孟凡超.發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行引起失磁保護(hù)誤動(dòng)作的事故分析[J].陜西電力,2011(04):82-84

［3］郭春平,余振,殷修濤.發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)的配合整定計(jì)算[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2012,32(28):129-132

［4］俞盧濤.方家山核電工程2 號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)調(diào)試報(bào)告[S].中核核電運(yùn)行管理有限公司方家山調(diào)試隊(duì),2015:24-42.