我廠發(fā)電機微機勵磁系統(tǒng)改造對電力穩(wěn)定性的影響

王斌，張繼勝，杜亮，張云來，潘國安

（1.新疆獨山子石化公司熱電廠電氣車間；2.新疆獨山子煉建公司；3.新疆獨山子石化公司研究院設(shè)備所；4.新疆獨山子石化公司熱電廠發(fā)電車間，新疆 克拉瑪依 833699）

3＃發(fā)電機是我廠的主力機組，采用相復(fù)勵勵磁系統(tǒng)，向同步發(fā)電機的勵磁繞組提供一個可調(diào)的直流電流，控制機端電壓恒定。與同時期其他型號勵磁系統(tǒng)相比，擁有同軸勵磁的穩(wěn)定性，但在快速合理調(diào)節(jié)無功功率分配上相對不足，所以要提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須提高3#發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性，以滿足電力系統(tǒng)安全運行的需要。

1 采用微機靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的原因

我廠3＃發(fā)電機原勵磁系統(tǒng)在運行中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題，已嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)及電網(wǎng)穩(wěn)定。

1.1 我廠原勵磁系統(tǒng)缺點

我廠1#～4#發(fā)電機勵磁系統(tǒng)為常規(guī)三機并勵機組，這種勵磁方式是過去幾十年間發(fā)電機的主要勵磁方式，具有較成熟的運行經(jīng)驗。

缺點是勵磁調(diào)節(jié)速度不僅較慢，而且在機械上要求較高，其中動平衡、中心位置等需要考慮，維護(hù)工作量大。我廠3＃發(fā)電機機自1995年投入運行以來，已發(fā)生兩次因勵磁機故障而被迫停機的事故，作為獨山子電網(wǎng)的主力機組，它的穩(wěn)定運行直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1.2 微機靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的的優(yōu)點

自并激勵磁系統(tǒng)接線簡單、設(shè)備少、無轉(zhuǎn)動部件并維護(hù)簡單，故與其他勵磁系統(tǒng)對比，自并勵磁系統(tǒng)能快速響應(yīng)，易實現(xiàn)高起始響應(yīng)性能，能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性能等優(yōu)點，對電網(wǎng)穩(wěn)定具有明顯的優(yōu)越性。

2 我廠3#發(fā)電機自并勵微機勵磁系統(tǒng)特點

我廠于2003年9月對3＃發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，采用國電南瑞SAVR-2000自并勵微機勵磁系統(tǒng)，在性能上具有高勵磁電壓響應(yīng)速度，能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1 自并勵微機勵磁系統(tǒng)可靠性強

3#發(fā)電機旋轉(zhuǎn)部分發(fā)生的事故在以往勵磁系統(tǒng)事故中占比較大，自并勵微機勵磁系統(tǒng)放棄旋轉(zhuǎn)部件，減少了機械事故隱患，可靠性明顯優(yōu)于原勵磁系統(tǒng)，而且，自并勵系統(tǒng)在設(shè)計中采用冗余設(shè)計，有效地減少了我廠主力機組停機概率。

2.2 電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定水平提高

圖1 3#發(fā)電機原勵磁與自并勵微機勵磁的短路電流比較

圖1為3#發(fā)電機原勵磁與自并勵微機勵磁的短路電流比較，此時，自并勵機組的超瞬變電流是相同的，但隨著時間的推移，自并勵式發(fā)電機的短路電流很快就小于常規(guī)勵磁發(fā)電機的短路電流，且最終趨于零。

2.3 由于自并勵微機勵磁系統(tǒng)響應(yīng)速度快，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高

以下是3#發(fā)電機改造后的自并勵微機勵磁系統(tǒng)階躍響應(yīng)試驗，即系統(tǒng)低頻震蕩模擬試驗：

調(diào)發(fā)電機機端電壓至90%UFN，做±10%UFN階躍響應(yīng)試驗，選取一組參數(shù)：KP＝0F0H，KI＝080H，KD＝0H，在此參數(shù)下，±10%階躍響應(yīng)試驗錄波圖。從錄波圖上得到如表1所示。

表1 階躍響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)表

圖2中看出，裝置在0.8s內(nèi)把機端電壓維持到100%額定電壓。

圖2 階躍響應(yīng)試驗錄波圖

2.4 自并激勵磁系統(tǒng)能快速響應(yīng)，易實現(xiàn)高起始響應(yīng)性能，能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性能

在發(fā)電機運行過程中，這種能力得到充分體現(xiàn)，以下是3＃發(fā)電機甩負(fù)荷試驗時，自并勵勵磁系統(tǒng)快速響應(yīng)能力。甩負(fù)荷試驗：在P=4.72MW，Q=26.48Mvar時，直接跳油開關(guān)，調(diào)節(jié)器迅速穩(wěn)定發(fā)電機機端電壓至100%額定電壓。

圖3 自并勵勵磁系統(tǒng)快速響應(yīng)能力

圖3中看出，在極短的時間內(nèi)把機端電壓維持到100%額定電壓。

2.5 減少3#發(fā)電機軸系振動

自并勵微機系統(tǒng)與3#發(fā)電機勵磁系統(tǒng)相比，取消常規(guī)的直流勵磁機，縮短了3#發(fā)電機機組長度，減少了3#發(fā)電機大軸聯(lián)接環(huán)節(jié)，因而縮短了軸系長度，提高了軸系穩(wěn)定性，動平衡指標(biāo)容易實現(xiàn)。

3 自并勵微機勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的作用

通過上述總結(jié)，自并勵微機勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定作用：由于自并勵微機勵磁系統(tǒng)響應(yīng)時間短，3#發(fā)電機機端電壓調(diào)節(jié)速度很快；由于沒有同軸勵磁機，就不用找平衡，也不用找中心位置，故對減少3#發(fā)電機機組振動有利；由于自并勵微機勵磁系統(tǒng)響應(yīng)快，從3#發(fā)電機勵磁試驗數(shù)據(jù)看出，當(dāng)系統(tǒng)電壓瞬間下降時，迅速增加發(fā)電機無功，保持電流系統(tǒng)不發(fā)生電壓崩潰，穩(wěn)定性能力比3#機原相復(fù)勵勵磁系統(tǒng)優(yōu)越。

4 結(jié)語

3＃發(fā)電機組自并激勵磁系統(tǒng)的改造，成功解決了困擾我廠多年的難題，改造后的系統(tǒng)運行可靠性較原設(shè)備也有很大的提高。

從2003年10月起，已安全穩(wěn)定運行了16年，主力發(fā)電機的平穩(wěn)運行，使系統(tǒng)、電網(wǎng)更加穩(wěn)定，對我廠的安全生產(chǎn)起到了重要保障。