大容量變壓器投運對相鄰機組的影響及應對策略

張光慶

（淮北申皖發電有限公司，安徽 淮北 235000）

平山電廠一期設計安裝兩臺660MW 超超臨界燃煤發電機組，2016 年已轉入商業運行。二期設計安裝1 臺1350MW超超臨界燃煤發電機組，預計2020 年轉入商業運行，發電機均為上海汽輪發電機有限公司制造。其中1#、2#、3#機組主接線方式均為發電機-變壓器組單元接線，經主變升壓后接入廠內500kV 升壓站。1#、2#機組采用3/2 接線方式，經完整串與500kV 連接；3#機組經不完整串兩臺開關與500kV連接。三臺發電機出口均設GCB，勵磁系統均為ABB 公司的UN6800 靜態勵磁系統。三臺主變均安裝涌流抑制器。

3#機主變倒送電期間進行了7 次充電試驗，充電瞬間1#、2#機組出現發電機機端電壓、勵磁電壓、勵磁電流、無功功率波動等異常情況，影響機組安全穩定運行。現針對大容量變壓器充電過程中對相鄰機組的影響進行分析，提出抑制影響的策略，采取適當的措施，保證運行機組穩定。

圖1 平山電廠500kV 升壓站主接線圖

1 設備參數及機組運行方式

圖1 為平山電廠500kV 升壓站主接線圖，其中一期1、2#機組經主變分別接入500kV 系統第一、第二串，為正常運行方式；二期3#機組主變接入500kV 系統第三串不完整串，3 號主變充電前升壓站500kV I 母、II 母電壓為522kV。

平山一、二期3 臺主變生產廠家均為特變電工衡陽變壓器有限公司，其中，一期主變容量780MVA，二期主變容量1620MVA；3 號主變倒送電期間，1 號機組正常運行，2 號機組停運檢修。3 號主變共進行7 次充電，由于主變容量大，尚無成熟經驗可供參考，為降低對一期運行機組的影響，3號主變前三次充電時退出1 號機組AGC、AVC，后四次充電時，將AGC、AVC 投入自動方式。

2 3 號主變充電前后相鄰機組運行參數的變化

按照二期倒送電調試方案，倒送電期間3 號主變共計沖擊7 次，以此驗證倒送電范圍內一次設備的絕緣耐受性能，校核一次、二次設備接線的正確性。鑒于涌流抑制器自身結構性能特點，3 號主變前三次沖擊過程中雖然投運但未起作用。由表1 各參數變化可以看出前三次充電瞬間對1 號機組影響較大。從第四次開始涌流抑制器投入運行，由表2 各參數變化看出后四次充電瞬間對1 號機組影響明顯減小。

表1 3 號主變充電瞬間1 號機組運行參數變化（前三次）

表2 3 號主變充電瞬間1 號機組運行參數變化（后四次）

3 3號主變充電對相鄰運行機組的影響分析

當大容量變壓器空載充電時，產生強大的勵磁涌流，一般可達到額定電流的4 ～7 倍，勵磁涌流呈感性電流，需要消耗系統的無功來建立磁場，這樣就降低了系統的電壓，也會降低在同一條母線上的變壓器和發電機組的電壓，而對于發電機就需要增加勵磁提供無功功率，維持機端電壓。對于暫態過程來說，發電機電壓下降后，必然引起功角的增加，由于慣性的存在，功角必然波動，這樣就會導致有功功率的波動，呈現衰減振蕩波形，經過幾次振蕩后逐步平穩，恢復到給定參數。特別是大容量的變壓器空載充電時，其引起的波動持續時間較長，必然會影響相鄰機組的正常運行。

3.1 勵磁涌流的產生

電力系統中變壓器在空載合閘送電時產生的合閘沖擊電流稱為勵磁涌流。產生勵磁涌流的大小和主變送電時的合閘電壓相位角和主變剩磁等因素有關。勵磁涌流產生原理如圖2 所示。

圖2 磁通與勵磁涌流關系

設系統電壓為：

3.2 相鄰機組參數波動

主變空載送電導致機端電壓突然降低，機端電壓差突增。由于電壓調節器的恒機端電壓采用閉環比例積分微分調節，被控量機端電壓很快穩定，因此，勵磁電壓也很快穩定。勵磁電流在感性回路中，相應的電壓圖增量階躍變化按照發電機負載勵磁繞組時間常數上升，由于勵磁電壓的回落趨穩變化，因此造成勵磁電流衰減振蕩。

勵磁繞組回路任意時刻勵磁電壓Ur 滿足基本阻感回路電壓方程：

其中，If為勵磁電流，Rf為勵磁繞組電阻，L 為勵磁繞組電感。

其中，f 為勵磁電流頻率，N 為變壓器匝數；

勵磁電流If的振蕩造成勵磁電勢E 的振蕩。機端電壓U的趨穩造成定子電流Ig、功角θ 及功率因數角的振蕩，因此有功功率P 發生振蕩，以便維持機端電壓U 的穩定性。

可見，在機端電壓下降過程中，真正發生階躍變化的是勵磁電壓Uf。由于電壓調節器的恒機端電壓采用閉環比例積分微分調節，機端電壓U 和無功功率Q 很快趨穩，勵磁電壓Uf階躍之后迅速回落趨穩，勵磁電流If振蕩趨穩，進而造成勵磁電勢E 振蕩。為了維持電壓的實時穩定性，電流Ig、功角θ 及功率因數角的振蕩，因此有功功率P 振蕩，無功功率Q 上升后穩定。

3.3 涌流抑制器

在空投變壓器或者電容器組的時候，由于系統電壓的相角都是隨機的，所以常常會產生很大的勵磁涌流，不僅會對運行設備造成危害，而且會導致保護裝置誤動，嚴重威脅系統運行的安全、可靠、穩定性。涌流抑制器是運用精確的相位控制技術，對斷路器分合閘角度進行控制，從根本上實現勵磁涌流的有效抑制。

4 應對策略

大容量主空載充電對相鄰機組各參數的影響是由于變壓器飽和產生的勵磁涌流影響所致，因此，可以通過減小主變空充的勵磁涌流及相鄰主變的和應涌流來減小主變空充對相鄰機組功率振蕩的影響。

（1）大容量變壓器在進行直流電阻測試等試驗過后一定要進行消磁，避免變壓器合閘瞬間勵磁涌流過大。

（2）此次3 號主變充電勵磁涌流抑制器正常投運對相鄰機組的影響不同，變壓器每次充電前，確認涌流抑制器處于工作狀態。

（3）主變充電瞬間吸收大量無功功率，相鄰運行機組投入PSS 電力系統穩定器，增加勵磁電流，增加無功功率，提高系統電壓。

（4）考慮退出機組的AGC、AVC 控制模式，防止因瞬時電磁功率升高導致鍋爐與汽機參數波動。

5 結語

結合二期3 號主變空載充電瞬間一期運行機組各參數的變化，對主變充電過程中對運行系統的影響進行了分析，并有針對性地提出解決策略，主變充電時，能有效降低對相鄰機組影響，保證正常運行機組的安全運行。