某水電站發電機進相深度受限的解決方法及應用

鐘 建， 丁 韜， 成 科

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

1 概 述

水電站發電機進相運行深度易受靜穩定、定子端部發熱和廠用電壓降低等因素限制，但經過采取合理的技術措施可以有效改善發電機的進相深度，以確定其進相能力。某水電站在進行啟動投產試驗時，其發電機進相運行深度就因受機端電壓、廠用電壓的限制造成其進相深度不夠，達不到相關要求。為此，我們經過對試驗數據進行分析，發現該水電站機組均為單機單變接線方式運行，其起始機端電壓偏低為主要限制因素。筆者介紹了對該水電站發電機進相深度受限采取的解決方案、處理過程及應用情況。

2 進相深度受限及產生原因分析

該水電站發電機額定容量為217.143 MVA、額定有功功率為190 MW、額定定子電壓為13.8 kV、額定定子電流為9 085 A、額定功率因數為0.875、額定勵磁電壓為475 V、額定勵磁電流為1 750 A。2015年1月18日至2015年1月19日，筆者對該水電站1、2號發電機進行了進相運行試驗。試驗時，主變壓器(以下簡稱“主變”)檔位分接頭為III檔，低廠變分接頭為III檔。2、4號發電機不帶有廠用變，機組均為單機單變接線方式運行。

根據川電調度〔2009〕109 關于印發《四川并網發電廠無功電壓及進相運行管理規定》的通知、《同步發電機進相試驗導則》Q/GDW746-2012等相關規程規定，進相試驗中，定子電壓不低于額定電壓13.8 kV的90%，定子電流不大于額定電流9 085 A。在本次試驗中，機組進相深度最大為-50 Mvar,定子電壓已至額定電壓的90.55%，定子電流、廠用電壓均已達到運行規范所對應的規定要求，但進相效果仍不明顯。

該水電站發電機進相運行試驗時，非被試機組對試驗機組發送無功功率80 MVar，用以支撐系統電壓，但發電機定子電流未達到額定值、發電機功角值較小，通過電站監控系統發現機組各部溫度在允許范圍內等條件參數均未達到極限條件，其進相深度受發電機機端電壓較低、廠用電壓較低的限制。

3 解決方案及應用

3.1 解決方案

筆者通過對前期試驗數據進行初步分析認為：該電站發電機進相深度主要受機端電壓、廠用電壓較低的限制，針對該問題試圖采用以下兩種解決方案予以解決。

方案一：調節相鄰機組無功功率以提升系統電壓，從而提高機端電壓、廠用電壓等相關參數，使其達到進相運行深度的相關要求。

方案二：合理調節主變壓器檔位，在不改變系統電壓情況下提高發電機出口母線電壓，進而優化相關參數，達到進相運行深度的相關要求。

3.2 兩種方案的應用分析

方案一：在試驗過程中，我們通過調節相鄰發電機組向系統發送無功功率80 Mvar以提高系統電壓，此時，該水電站220 kV系統母線電壓已接近調度下達的上限值233 kV(試驗時為231.59 kV，預留1.41 kV安全裕度)，故不能再繼續增加陪試機組的無功功率。因該水電站發電機組均為單機單變接線方式運行，故單一的通過提高陪試機組無功功率來抬升電壓的方法效果不好，不能滿足電網進相深度的相應要求。

方案二：調整主變檔位，從III檔調至IV檔時，在現有系統最高電壓下機端電壓不會超過額定電壓,在目前檔位下廠用電可達到395 V。故筆者建議調整主變分接頭,抬高機端電壓，增加進相深度。若要滿足該電站發電機能夠長期進相運行的指標，不能單方面調整廠用電壓。筆者根據電網公司對該電站枯期電壓曲線要求(226～233 kV)，列出了該系統電壓區間內不同主變檔位對應的機端電壓、廠用電壓對應情況(表1)。

表1 不同檔位對應主變電壓、廠高變電壓、廠用電壓情況表

由表1可以看出：以廠用系統目前實際檔位(Ⅲ檔)做為計算數據，系統日常電壓運行在230 kV。主變檔位由原有的Ⅲ檔調至Ⅳ檔，廠用電壓將由381 V升至391 V，機端電壓將由13.11 kV上升至13.45 kV，能夠滿足日常運行要求。若將主變檔位從現有的Ⅲ檔調至Ⅴ檔時，機端電壓將從原來的13.11 kV調至13.895 kV，超過額定定子電壓13.8 kV。考慮到機組長期運行情況，若將機組檔位調至Ⅴ檔，機組將不能保證其額定千伏安出力，不滿足過勵運行工況要求。在前期進相試驗中，廠用電壓雖然受限，但調節主變檔位過后廠用電壓能大幅上升，且可以通過同廠其它機組發送無功功率支撐廠用電壓。發電機機端電壓降幅為0.829 kV時，所吸收的無功功率為52 302 kvar，故機端電壓提升0.34 kV，預計進相深度將提升21 450 kvar，發電機進相深度將得到明顯地改善。

由此可見：水輪發電機組既要滿足電網運行規程規定的進相運行深度，又要滿足機組的長期運行要求。為此，調節機組主變壓器檔位為解決發電機組進相深度受限的最佳方案，其能夠有效提升機組的最大進相深度，使每臺發電機組對電力系統的穩定運行均能起到作用，而非需要其他機組配合完成。

3.3 處理結果及分析

通過對比分析，我們建議對該水電站發電機主變檔位進行調整，具體處理情況為：

發電機滿負荷進相試驗時，定子電流最大值為9 090 A(額定值為9 085 A)，功角為39.76°。相同工況下，在-50 000 kvar無功進相深度時，其發電機機端電壓值為12 649 V(比調整前提高了0.285 kV)，廠用電壓為366.5 V(比調整前提高了3.8 V)。

根據對發電機主變檔位調整前后的進相試驗數據進行比較得知：在系統電壓較主變檔位調整前偏低1.09～1.93 kV的情況下，該水電站發電機機端起始電壓仍然提升了0.153～0.285 kV，滿足預期調壓效果。發電機機端電壓優化后，機端電壓受限深度為-70 000 kvar，符合預估進相深度；且因該發電機功角值較小，通過電站監控系統發現機組各部溫度在允許范圍內，其進相深度受發電機定子電流接近額定值、機端電壓過低、廠用電壓過低多重限制，達到進相運行極限。故通過對該水電站主變檔位進行調整，其機端電壓得到了很好的優化，發電機組在相同工況下無功進相深度提升了20 000 kvar，達到了預期效果。針對此類問題，在不影響系統電壓運行曲線的情況下，調節電站主變壓器檔位即可有效解決以上問題。

4 結 語

水電站發電機在進行進相運行試驗時，通常會受到發電機機端電壓等限制而達到進相運行深度極限，而通過采取適當的方法，可以有效地改善發電機機端電壓，例如：(1)通過調節同廠其它機組向系統發送無功功率；(2)通過相同系統母線相鄰電廠向系統發送無功功率；(3)通過調節變壓器檔位變比進行電壓調節；(4)通過電力系統調節被試機組系統母線電壓來提高廠內電壓，改善機組進相深度效果。

實踐結果表明：調節機組主變檔位能使水輪發電機組在現有系統最高壓下機端電壓接近額定值，滿足過勵運行要求，提高機組長期使用的合理性，達到電網進相深度的相應要求。而隨著電力系統的不斷擴容、線路的增加和完善，電力系統的線路電壓也將不斷得到改善，通過這種方法能夠更好地確保并入電力系統的機組長期、安全、穩定的運行，也為今后出現類似情況的機組提供參考借鑒。如有不當之處，敬請同行斧正！