火電機(jī)組網(wǎng)源協(xié)調(diào)重要參數(shù)整改問(wèn)題研究

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

2012年國(guó)家電網(wǎng)公司開(kāi)展了并網(wǎng)機(jī)組網(wǎng)源協(xié)調(diào)專項(xiàng)核查工作，針對(duì)某省200 MW及以上火電機(jī)組的涉網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行了核查，通過(guò)核查，發(fā)現(xiàn)存在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷綜合能力、定子過(guò)負(fù)荷綜合能力、調(diào)差系數(shù)定值不滿足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。這些問(wèn)題不僅直接危及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，也威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此各發(fā)電企業(yè)應(yīng)對(duì)核查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題開(kāi)展整改。

1 轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制與過(guò)負(fù)荷保護(hù)的配合問(wèn)題

1.1 轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制整定存在的問(wèn)題及整改建議

在核查的機(jī)組中發(fā)現(xiàn)部分機(jī)組的過(guò)勵(lì)限制曲線定值過(guò)低，束縛了發(fā)電機(jī)的過(guò)勵(lì)能力。以某660 MW火電機(jī)組過(guò)勵(lì)限制曲線為例，如圖1所示，可以看出機(jī)組勵(lì)磁限制的裕度保留過(guò)大，束縛了機(jī)組的過(guò)勵(lì)能力[1]。

圖1 某660 MW機(jī)組過(guò)勵(lì)限制曲線整定偏低

同時(shí)在核查中又發(fā)現(xiàn)部分機(jī)組的過(guò)勵(lì)限制定值高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，超出了發(fā)電機(jī)能力。以某600 MW火電機(jī)組過(guò)勵(lì)限制曲線為例，如圖2所示，可以看出機(jī)組過(guò)勵(lì)限制定值超出發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)能力，不利于機(jī)組安全。

圖2 某600 MW機(jī)組過(guò)勵(lì)限制曲線整定偏高

整改建議：

1）根據(jù)國(guó)標(biāo)《GB/T 7064—2008隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組承受2.09倍額定勵(lì)磁電流不少于10 s。同時(shí)規(guī)定，隱極發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電流能力應(yīng)滿足下列規(guī)定：

式中：I為轉(zhuǎn)子電流標(biāo)幺值，pu；t為持續(xù)時(shí)間，s。

2）同時(shí)根據(jù)《DL/T 843—2010大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》規(guī)定過(guò)勵(lì)限制整定的一般原則：勵(lì)磁系統(tǒng)頂值磁場(chǎng)電流為2倍時(shí)持續(xù)時(shí)間不低于10 s，可以求出過(guò)勵(lì)限制過(guò)熱時(shí)間常數(shù)值：

1.2 轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定存在的問(wèn)題及整改建議

在所核查機(jī)組中，部分轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限動(dòng)作特性與轉(zhuǎn)子繞組允許的過(guò)熱特性相同，但是如果按照這種方法，發(fā)電機(jī)將受到損傷。原因是轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作后，轉(zhuǎn)子繞組中的電流衰減到0還需要較長(zhǎng)的時(shí)間，這與定子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作后，定子電流很快到0截然不同，而且在轉(zhuǎn)子繞組中的電流衰減過(guò)程中累積的這些發(fā)熱量必然導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受損。所以轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間定值必須略小于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷能力數(shù)值。如果過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值過(guò)大，則不能起到對(duì)機(jī)組的保護(hù)作用；如果過(guò)小，會(huì)嚴(yán)重束縛發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)能力，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組過(guò)早跳機(jī)，不利于機(jī)組和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

另外，部分機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)與勵(lì)磁過(guò)勵(lì)限制不協(xié)調(diào)，主要體現(xiàn)在：過(guò)勵(lì)限制曲線高于轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值曲線，或者過(guò)勵(lì)限制曲線與轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值曲線有交點(diǎn)。

整改建議：轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)必須與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過(guò)勵(lì)限制、轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷能力定值形成合理級(jí)差。以隱極發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷能力過(guò)熱時(shí)間常數(shù)33.75為基準(zhǔn)，上述過(guò)勵(lì)限制推薦過(guò)熱時(shí)間常數(shù)定值為30。轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)過(guò)熱時(shí)間常數(shù)推薦定值為32.4。

1.3 轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制、過(guò)負(fù)荷保護(hù)整改原則

整改原則：轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)負(fù)荷能力整定應(yīng)相匹配，并形成合理級(jí)差。過(guò)勵(lì)限制應(yīng)先于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)略小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的過(guò)負(fù)荷能力特性[2]。經(jīng)過(guò)整改后的某600 MW機(jī)組整定定值如表1所示。從實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，本機(jī)組經(jīng)過(guò)整改后，勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)限制能夠先于轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，從而證明轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)負(fù)荷能力級(jí)差整定合理。

表1 某600 MW機(jī)組過(guò)勵(lì)限制及轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限定值整定表（整改后）

整改效果舉例：2014年5月10日，我省某600 MW機(jī)組由于電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷但仍存在感應(yīng)電壓下，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生多次強(qiáng)勵(lì)，造成無(wú)功和勵(lì)磁電流顯著增加，轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限和V/H z限制及時(shí)動(dòng)作，避免了機(jī)組轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作而導(dǎo)致的跳機(jī)事件的發(fā)生。

2 定子過(guò)流限制與過(guò)負(fù)荷保護(hù)的配合問(wèn)題

2.1 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

《GB/T 7409.3—2007同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求》規(guī)定：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器可裝設(shè)定子電流限制功能。在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中設(shè)置定子電流限制功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故定子電流升高時(shí)，可以起到限制定子電流升高、避免因電流過(guò)大切除發(fā)電機(jī)組，充分發(fā)揮發(fā)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的支撐作用，為源網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行提供保障。

定子過(guò)負(fù)荷能力反時(shí)限定值的整定依據(jù)為：

對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，GB/T 7064—2008《隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》規(guī)定：容量在1 200 MVA及以下的發(fā)電機(jī)，定子繞組允許的過(guò)電流時(shí)間與過(guò)電流倍數(shù)之間的關(guān)系由下式?jīng)Q定：

對(duì)過(guò)負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)定子繞組過(guò)電流，應(yīng)按《DL/T 684大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》裝設(shè)定子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)：

1）定子繞組非直接冷卻的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，保護(hù)接一相電流，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。

2）定子繞組為直接冷卻且過(guò)負(fù)荷能力較低（例如低于1.5倍、60 s），過(guò)負(fù)荷保護(hù)由定時(shí)限和反時(shí)限兩部分組成。

定時(shí)限部分：動(dòng)作電流按在發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)荷電流下能可靠返回的條件整定，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)，在有條件時(shí)，可動(dòng)作于自動(dòng)減負(fù)荷。

反時(shí)限部分：動(dòng)作特性按發(fā)電機(jī)定子繞組的過(guò)負(fù)荷能力確定，動(dòng)作于停機(jī)。保護(hù)應(yīng)反應(yīng)電流變化時(shí)定子繞組的熱積累過(guò)程，不考慮在靈敏系數(shù)和時(shí)限方面與其他相間短路保護(hù)相配合[3]。

2.2 定子過(guò)流限制與過(guò)負(fù)荷保護(hù)存在的問(wèn)題及整改建議

汽輪發(fā)電機(jī)定子過(guò)電流限制整定推薦值：

參照轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制的整定原則，也可以得出公式：

與轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值整定原則類似，定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)也應(yīng)與定子過(guò)流限制、定子過(guò)負(fù)荷能力形成合理級(jí)差。以定子過(guò)負(fù)荷能力過(guò)熱時(shí)間常數(shù)37.5為基準(zhǔn)，過(guò)勵(lì)限制為33.33，定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)則為37.5×32.4/33.75=36。經(jīng)過(guò)整改后的某600 MW機(jī)組整定定值如表2所示。從實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，本機(jī)組經(jīng)過(guò)整改后，勵(lì)磁系統(tǒng)定子過(guò)電流限制能夠先于定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，從而證明定子過(guò)流限制、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)負(fù)荷能力級(jí)差整定合理。

表2 某600MW機(jī)組定子過(guò)流限制及定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限定值整定表（整改后）

3 調(diào)差系數(shù)整定存在的問(wèn)題及整改建議

當(dāng)前300 MW以上的機(jī)組絕大多數(shù)是單元接線，這樣的機(jī)組應(yīng)該采用負(fù)調(diào)差，以補(bǔ)償部分升壓變壓器電抗，從而提高機(jī)組對(duì)電網(wǎng)無(wú)功的支撐能力，有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定。但是通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有部分大型機(jī)組采用零調(diào)差，從而限制了發(fā)電機(jī)無(wú)功發(fā)出（吸收）能力。整改建議：根據(jù)《DLT843—2010大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》中的附錄C《電壓調(diào)差率的整定原則》，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器附加調(diào)差系數(shù)可以參照以下公式進(jìn)行整定：

附加調(diào)差系數(shù)=并列點(diǎn)調(diào)差系數(shù)（0.05-0.10）。

式中：UK%為變壓器短路電壓百分比，%；UBN為變壓器低壓側(cè)額定電壓，kV；SBN為變壓器視在容量，kVA；UN為發(fā)電機(jī)額定電壓，kV；SN為發(fā)電機(jī)視在容量，MVA；UTX為變壓器的抽頭電壓。

以某660 MW機(jī)組為例，機(jī)組參數(shù)為：

則附加調(diào)差系數(shù)＝0.07-0.1421×730/720×538.125/525＝-0.077，最后整定為-0.07。

在整定調(diào)差系數(shù)時(shí)需注意：

1）同型號(hào)機(jī)組掛在同一母線上，調(diào)差系數(shù)建議整定相同值。

2）針對(duì)部分國(guó)外廠家（如ABB）生產(chǎn)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其調(diào)差系數(shù)極性定義與國(guó)內(nèi)廠家相反，整定時(shí)務(wù)必注意極性，并完成調(diào)差系數(shù)極性校核試驗(yàn)。

3）一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)單元接線的機(jī)組（即一臺(tái)機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)主變），調(diào)差系數(shù)應(yīng)整定為負(fù)值，用來(lái)補(bǔ)償主變短路阻抗所產(chǎn)生的壓降；而擴(kuò)大單元接線機(jī)組（即多臺(tái)機(jī)組對(duì)應(yīng)一臺(tái)主變），調(diào)差系數(shù)應(yīng)整定為正值，用來(lái)維持母線電壓及機(jī)組間無(wú)功分配穩(wěn)定[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

1）本文根據(jù)網(wǎng)源協(xié)調(diào)重要參數(shù)核查工作中遇到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制、轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)、轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷能力以及定子過(guò)電流限制、定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)、定子過(guò)負(fù)荷能力之間的協(xié)調(diào)配合方面存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的整改建議。實(shí)測(cè)結(jié)果表明：本文提出的整改建議能夠使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)限制、轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)、轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷能力以及定子過(guò)電流限制、定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)、定子過(guò)負(fù)荷能力之間的協(xié)調(diào)配合能夠形成合理的級(jí)差，從而保障了機(jī)組及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2）本文根據(jù)部分機(jī)組調(diào)差系數(shù)整定不合理的問(wèn)題提出了調(diào)差系數(shù)的整定原則，并舉例說(shuō)明了整定方法。

3）網(wǎng)源協(xié)調(diào)重要參數(shù)整改完成后，應(yīng)結(jié)合機(jī)組檢停修機(jī)會(huì)完成實(shí)測(cè)試驗(yàn)。通過(guò)該試驗(yàn)可實(shí)際驗(yàn)證機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)限制和繼電保護(hù)能否協(xié)調(diào)配合。