淺談提高電廠高壓母線電壓合格率的方法

於立峰 吳序芳 郝新凡 崔 娜 盛 隆

浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司

0 引言

在現代電網中，電壓、波形和頻率的品質高低是衡量電能質量優(yōu)良與否的最重要三個指標。電壓合格與否，將嚴重影響電網正常運行的安全性、穩(wěn)定性和經濟性。如果實際電壓與電網的基準電壓偏差過大，不僅會對各類家用和工業(yè)的電器設備造成損壞，而且極有可能會危及到全網及并網的發(fā)電機組正常運行，甚至可能引起電網局部震蕩或整體解列、并網發(fā)電機跳機。因此，將電力系統(tǒng)的電壓維持在合理的偏差范圍內運行，一直是電網和發(fā)電企業(yè)極為重視的問題之一。

開發(fā)性能優(yōu)良的自動電壓控制系統(tǒng)（AVC）為首要選擇。它需要能夠根據各種電力系統(tǒng)和發(fā)電企業(yè)的運行方法和形式，自動適應跟蹤運行工況，進行參數和定值調整，根據每臺發(fā)電機的實際有功功率和無功功率，協同控制并實現對電廠高壓母線的精準動態(tài)控制調節(jié)。配合調度機構AVC 主站系統(tǒng)實現對全網的無功功率優(yōu)化分配，從而有效提高電網的電能質量，顯著減少電壓引起的線損［1］。

調度AVC 主站系統(tǒng)每數分鐘下發(fā)給某電廠控制對象（比如高壓母線）目標調控電壓值，電廠AVC子站系統(tǒng)實時根據該值，通過系統(tǒng)軟件運算自動得出本電廠需要輸出的無功功率總額，再綜合考量發(fā)電機PQ 曲線、機端電壓、6 kV 母線電壓、勵磁直流電流等各種限制觸發(fā)條件，AVC 上位機將全廠總無功功率適當、科學地調配至每臺運行發(fā)電機，并由AVC 下位機發(fā)出增勵磁或減勵磁信號給分散控制系統(tǒng)（熱工DCS系統(tǒng)），最終轉發(fā)至勵磁系統(tǒng)增加或減少勵磁電流進行本機組無功功率調節(jié)，使電廠主變高壓母線電壓在規(guī)定的時間內達到控制目標值。此外，需要在調節(jié)時不影響發(fā)變組系統(tǒng)、高壓母線能平穩(wěn)運行［2］。

1 某電廠AVC 系統(tǒng)構架和電壓合格率低的問題

某電廠AVC 子站系統(tǒng)采用AVC 控制主機（上位機）/AVC 執(zhí)行終端（下位機）的部署模式，共部署兩套互為熱備用運行的上位機，每臺發(fā)電機組配置1 套AVC 下位機，上位機與下位機之間使用網絡通信方式傳遞數據和指令。AVC 子站系統(tǒng)是以AVC上位機為核心的，由AVC 上位機、下位機、電廠測控裝置和勵磁系統(tǒng)等設備組成（系統(tǒng)框圖如圖1）［3］。電廠AVC 子站系統(tǒng)具備依據電壓目標和無功分配策略，計算和分配各機組機端電壓目標值。電廠AVC 子站系統(tǒng)具備的有效發(fā)電機組間無功分配策略有等功率因數分配、等裕度分配、等容量分配和平均分配［4］。目前，某電廠使用等功率因數分配策略。

圖1 AVC系統(tǒng)框圖

電廠主變高壓母線電壓是華東電網控制中心確定的獨一無二的電廠AVC 子站系統(tǒng)調節(jié)和控制目標。電廠AVC 裝置接入電網調度系統(tǒng)，并通過該系統(tǒng)接受執(zhí)行華東電網控制中心給出的500 kV 母線電壓控制值［5］。AVC 裝置在接收到該控制值后，在未觸發(fā)機端電壓等限制觸發(fā)條件的工況時，在3 min 后的時刻使母線電壓達到目標值正負0.1 kV范圍內即為合格。

統(tǒng)計某電廠500 kV 母線電壓合格率，發(fā)現2019 年全年AVC 投入率均大于99%，但合格率不理想，2 個月的合格率低于96%，7 個月的合格率低于98%。同時期浙江省內其它500 kV 電廠合格率均在98%以上。某電廠的AVC 合格率遠遠落后于其它電廠。檢查AVC 投入率均在99.9%以上，不合格點較多時刻大多集中在機端電壓上限閉鎖及機組未全部運行兩個時間段。

根據《華東區(qū)域發(fā)電廠并網運行管理實施細則》規(guī)定，AVC調節(jié)合格率考核計算方式：

式中，F 為考核費用，最大值為當月發(fā)電量的0.1%與機組批復上網電價乘積；為機組AVC 調節(jié)合格率，是執(zhí)行合格點數與電力調度交易機構發(fā)令次數之比；W 為該機組或接于該母線機組當月發(fā)電量;為AVC 考核系數，其數值為1；為機組批復上網電價［6］。

根據該考核公式，該電廠2019 年發(fā)電量74.520 1 億kWh，被考核費用71 萬元，2020 年發(fā)電量68.857 5億kWh，被考核費用42萬元。

2 影響500 kV母線電壓合格率的因素

發(fā)電機的機端電壓受其勵磁直流電流的控制，當勵磁直流電流發(fā)生了變化，發(fā)電機的機端電壓也伴隨著增加或減少［7］，并通過主變進一步影響到500 kV 系統(tǒng)電壓。通過AVC 系統(tǒng)發(fā)送增減磁信號可以實現勵磁直流電流的增減。

影響500 kV母線電壓合格率的原因主要有6個。

2.1 勵磁系統(tǒng)（AVR）調節(jié)是否合格

AVC 上位機計算分配好各機組電壓調節(jié)指令（增磁、減磁）后發(fā)給機組AVC 下位機，AVC 下位機將該（增磁、減磁）指令下發(fā)至勵磁系統(tǒng)執(zhí)行。勵磁系統(tǒng)由于本身邏輯或板件特性下降等原因造成執(zhí)行緩慢、不執(zhí)行、執(zhí)行過度，使勵磁系統(tǒng)輸出的勵磁電流無法滿足發(fā)電機電壓調節(jié)，進而使500 kV電壓不合格。

2.2 AVC定值設置是否合理

AVC 上位機收到電壓指令后，結合機組機端電壓、6 kV 電壓、勵磁電流等條件，根據機組功率因素大小，采用等功率因素的原則進行電壓指令解析分解成增磁、減磁指令下發(fā)給下位機。AVC 裝置由于調控死區(qū)、上下限、調控步長等定值設置錯誤造成解析錯誤。

2.3 AVC裝置、保護采樣回路電壓回路是否正常［8］

AVC 裝置時刻在計算相關指令并解析，并通過下位機將相關指令下發(fā)至AVR裝置，AVC 裝置由于運行時間較長，繼電器動作過于頻繁，造成輸出接點接觸不良或黏連，使得增磁、減磁指令執(zhí)行出錯，造成電壓過高或過低。

發(fā)電機過激磁保護使用機端電壓回路（如圖2），如果該采樣回路異常，會導致保護裝置電壓采集異常，使保護裝置誤告警，為了使保護裝置不報警及動作，需要限制AVC 裝置中電壓限制值，以便降低機端電壓。

圖2 發(fā)電機電流電壓回路圖

電壓變送器性能差，導致AVC 裝置中機端電壓值不正確或與保護、勵磁系統(tǒng)電壓不一致，使調節(jié)性能變差。

2.4 遠動裝置及數據網采樣、下發(fā)數據是否正常

遠動裝置采集500 kV 電壓發(fā)送至調度用于計算電壓指令和合格率，發(fā)送至AVC 上位機用于計算電壓指令，數據網接收調度電壓指令并下發(fā)至AVC上位機用于分解電壓指令給各機組。遠動裝置采樣、轉碼、發(fā)送過程中出錯、丟包，使得500 kV 電壓沒有被正確地送至調度、AVC 上位機，調度至AVC上位機的通信出錯、丟包，導致500 kV 電壓指令出錯，都將使最終電壓合格率降低。母線電壓采集回路圖如圖3。

圖3 母線電壓采集回路圖

2.5 母線電壓波動導致指令是否頻繁變化

由于某電廠離金華特高壓站調相機比較近，系統(tǒng)電壓變化較為頻繁，導致指令頻繁變化，使機組頻繁增磁、減磁，影響母線電壓合格率。調相機AVC 系統(tǒng)目前運行就地調節(jié)方式，與系統(tǒng)調節(jié)指令存在不一致的情況。

2.6 系統(tǒng)需要的無功是否過多

某電廠處在浙江中西部，調相機運行時間不多，浙江中西部無其它大型電壓支撐點，當系統(tǒng)需要的無功過多，導致在網機組備用無功容量不夠，機組頂額發(fā)出無功功率，仍無法滿足500 kV母線電壓，查閱AVC 運行日志，某電廠經常觸發(fā)發(fā)電機機端電壓上限閉鎖條件。

2.7 高壓廠變檔位是否合理［8］

某電廠主變壓器為無載調壓（檔位置于530/22 kV），高壓廠變?yōu)橛休d調壓（變比為由于電廠處于電網負荷末端，在正常運行狀態(tài)下220 kV 母線電壓較高（一般在519 kV左右），因此高壓廠變檔位一般置于第11 檔（即21.450/6.3 kV），將6 kV 母線電壓控制在6.3～6.4 kV。在機組運行并且投入AVC 時，發(fā)現當廠用母線電壓一般在6.4 kV左右，低于AVC 廠用電電壓上限6.5 kV，查閱AVC運行日志，AVC 運行期間未觸發(fā)廠用電電壓上限閉鎖條件［9］。

3 提高母線電壓合格率的方法

3.1 檢查發(fā)變組保護采樣精度、電壓壓降

2016 年，#3 機發(fā)電機過激磁保護告警多次，檢查發(fā)現過激磁倍數已經到告警值。發(fā)電機過激磁保護告警時機端電壓應為23.1 kV，AVC 定值中關于機端電壓上限為22.7 kV，考慮到采樣偏差及超調量等原因，從保護主設備及機組穩(wěn)定運行的角度出發(fā)，將機端電壓上限設置為22.65 kV,之后未觸發(fā)過激磁保護告警，但500 kV母線電壓合格率有所下降。在機組檢修期間，對發(fā)電機保護機端電壓采樣進行了重新校準，對電壓回路進行了壓降測試。發(fā)現機端電壓采樣準確，壓降合格。發(fā)變組保護中某電廠使用的電壓采樣板精度已經為同系列最高等級，遠高于國標。

3.2 檢查調整AVC定值

結合機端電壓采樣及電壓合格率，考慮前期發(fā)電機過激磁報警時AVC 電壓定值，將AVC 定值中機端電壓上限由22.65 kV 調高至22.68 kV，提高機組無功功率發(fā)送能力，有助于提高500 kV 母線電壓。調整定值后，母線電壓合格率有明顯上升。

#3 機勵磁調節(jié)器于2022 年上半年進行改造，過激磁保護告警采用反時限方式，AVC 系統(tǒng)中機端電壓上限值進一步提高至22.7 kV。調整定值后，母線電壓合格率有進一步上升。

3.3 檢查調整AVC控制邏輯

調度AVC 主站下發(fā)500 kV 電壓指令為電壓相差值，即AVC 主站的母線電壓目標控制值與電廠500 kV 電壓實際值的偏差。AVC 上位機將其疊加至前面或延遲n 秒的母線電壓后分解至運行機組。通過分析該電廠AVC目標控制值、500 kV電壓實際值及不達標點，將指令疊加邏輯修改為疊加至10 s前的500 kV 電壓上，再按照AVC 既定的等功率因數分配策略分解至運行機組。調整定值后，500 kV電壓合格率有明顯上升。

3.4 檢查遠動裝置、數據網的正確性

檢查遠動裝置和數據網設備及報文，設備及報文均正常，不存在報文丟失或延時的問題。

3.5 將機組電壓變送器由傳統(tǒng)式變送器更換為數字式變送器

傳統(tǒng)式變送器存在暫態(tài)特性差，響應時間慢，抗干擾能力差，與勵磁系統(tǒng)和發(fā)變組保護所用的直采電壓特性不一致，導致兩者的配合存在問題。2022年上半年，通過將傳統(tǒng)式變送器更換為數字式變送器，很好地解決了問題，500 kV 電壓合格率有明顯上升。

4 調整后的成果

記錄2019-2021年間母線電壓合格率，發(fā)現2019年有7個月的合格率在98%以下，2個月的合格率在96%以下，2個月在99%以上。

2020-2022年，某電廠的合格率有一定程度的提高。2020年有6個月的合格率在98%以下，無月份在99%以上。2021年只有4個月合格率在98%以下，3個月合格率在99%以上。2022年上半年只有1個月合格率在98%以下。

從合格率指標上看，經過治理后，某電廠AVC合格率有明顯的上升。

5 結語

由于賓金直流對浙中西部地區(qū)潮流的影響，使系統(tǒng)對某電廠的無功功率要求較高，無功指令變化較為頻繁，使AVC系統(tǒng)調節(jié)較為困難，該問題已經引起省電科院的重視。某電廠將聯系電科院就如何提升合格率進行相關研究。