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300MW发电机进相运行的探讨

发布时间:2021-08-04

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发布者:未知


目前广东电网的边远地区普通存在无功过剩现象,电网电压经常偏高,在节假日、丰水季节和小方式运行时问题尤为突出。在位于粤西地区的茂名电厂的300MW机组开展进相运行,具有重要的意义。为此,该机组于投运初期进行了一次进相试验,下面就此次试验进行分析,并提出建议方案及总结。

粤西地区电网简介


图1 粤西地区的电网简图

 

由图1可看出,300MW是茂名热电厂容量最大的机组,处湛江地区和阳江地区的中部,220kV母线的电压必须维持在220—242kV之间,茂阳线,茂榭甲线,茂榭乙线,茂河线所输送的无功直接影响到整个地区的电压质量。按广东省电力调度中心计算,茂名电厂系统阻抗值为0.0026+j0.0174(以上数据是以标幺值表示的,其基准值为U=220kV,S=100MVA。)

茂名热电厂300MW发电机的励磁系统简介及参数

茂名热电厂#6机组采用机端自并励励磁方式,其励磁系统原理图如下图2所示[4]。其中,Vt为发电机电压,Uref为给定参考电压。Pe为电功率,TR和TP分别为发电机电压和有功功率测量时间常数。

 

PID模型中TR=0.04,为发电机电压测量时间常数,参照厂家试验值给出;其余可整定参数值:KP=40,T1=0,T2=0.02,Ti=5。


图2
 

图2 茂名热电厂#6机GEC-2E型励磁调节器PID模型

进相试验与分析

试验前220kV母线电压为235.8kV, #6号机组有功功率300MW,无功155MVar, 由于#6号机组的主变、厂高变的抽头设置不合理, 试验前将厂用电切换到备用变供电, 试验限制条件[5]为:

220kV母线电压维持在220—242kV之间;6kV母线电压维持在5.7—6.5kV之间;发电机端电压应在18—21kV之间;发电机定子电流不应超过额定值10.189kA;发电机转子电流不应超过额定值 2075 A;最大进相无功值不应该超过厂家给出的边界值;最大进相无功值不应该超过该机组的静态稳定极限;最大发电机(相对于等值机)功率角不应该超过90°;发电机冷却系统工作正常,各部温升在正常范围内,定子铁芯温度小于等于120℃,定子绕组温度小于等于90℃等;汽轮发电机组轴系振动在正常范围内。



1、进相运行效果检查及进相深度试验

逐步减少发电机无功出力,并在每减少30~50MVar的无功时测量发电机各参数值, 直至试验限制条件中任一条件受到限制为止。试验中当Q减少到预测的静稳极限或功率角大于70°时,放缓减磁速度,试验结果见表1。


表1 进相运行试验记录表


试验测得P=240MW时的最大进相深度为-104MVar。P=180MW时最大进相深度为-107MVar。如表2所示。

表2 机组进相运行最大深度点记录


从表1测量数据看,在不同工况下试验时,由于厂用电切换到备用变压器,因此6kV厂用电电压没有成为限制条件,试验时6kV厂高变的空载电压最低达到到5.7kV下限。现场试验时主变抽头位置是Ⅲ档,中调下达的主变抽头位置是Ⅳ档。按照现场试验及运行数据,当主变抽头调整到第Ⅳ档后,按220kV母线电压230kV,发电机进相-60Mvar,估算可得,发电机机端电压为18.9kV,6kV母线电压为5.8kV,功率角为79°,均在4.4的限制条件内,并留有一定的裕度。

从表1测量数据看,本次试验测得的最大功率角只有87.9°左右,尚未达到90°的手动励磁调节稳定区。在投入自动励磁调节器时,稳定区域将扩大超出手动励磁调节器稳定区,故离静态功率角稳定极限还有相当明显的裕度。试验结果还显示,有功功率越低,则相同进相无功下的功率角越小,静稳极限所允许的进相无功越大。

从表1测量数据看,电厂220kV母线电压最高达到235.8kV左右,在进相无功较大时,发电机机端电压最低在18.1kV,达到机端额定电压的90%下限,成为进相运行的限制条件。电厂220kV母线电压最低为229.3kV,故电厂220kV母线电压下降将不会构成进相运行深度的限制因素。同时也说明试验时主变抽头不合理,应按调度令调整为第Ⅳ档。

由表1测量数据可见,在试验期间的任何进相运行工作点,定子电流均未超过额定值的限制,并还有较大的裕度。

 

2、温升试验

P=300MW,Q=-91MVar;P=180MW,Q=-107Mvar,读取定子铁芯温度值,直至温度基本稳定为止。如表1的温度测量数据可知,铁芯端部测点温度在进相运行时变化不大,很快就稳定,而且有些测点的温度还有所下降,说明温度不是限制该机组进相运行的因素。
 

3、调压试验

 

分别在发电机P=300MW和180MW时,在最大进相边界处停留的温升试验结束后进行调相调压试验。在尽量保持有功功率和无功功率恒定的条件下,将无功快速增加。当无功增加到40MVar时,记录无功增加前后的220kV母线电压和周围变电站220kV电压变化情况。试验结果见表3。
 


表3 220 kV母线电压记录

从表3的几组测量数据可以看出,在茂名电厂开展进相运行,对本厂的调压效果是十分显著的,对220kV母线电压的影响范围约为2.4kV/100MVar左右;而且对邻近的河东站、榭平岭站220kV母线电压的影响范围约为2kV/100Mvar左右;对阳江站220kV母线电压的影响范围约为1.5kV/100Mvar左右。

实验结果

此次试验为该机组采取进相运行方式提供了依据:在各种工况下进相功率角不超过90°,该机组可以在留有足够静态功率角稳定裕度的情况下开展进相运行,参与电网调压。

从进相运行试验的结果分析,试验时主变抽头位置为第Ⅲ档,致使机端电压偏低,应该按照中调下达的指令,调整主变抽头为第Ⅳ档,由此,根据现场试验数据分析估算得在220kV母线电压为232kV,发电机无功为零时各级电压水平为:机端电压为19.6kV,6kV母线电压为5.97kV,从各级电压水平来看,按中调令调整主变抽头为Ⅳ档后,高厂变的抽头不用调整。按单台机满负荷进相60MVar考虑,此机组进相运行可以调低220kV电压1.5kV左右。低于满负荷时,进相的深度将更大。按照目前的保护配置,在前面的任何试验工况下,保护及自动励磁调节器等自动装置都不会误动,可以保证进相运行的安全。在各种工况下,最大进相深度-91Mvar,发电机温度、振动和辅机等均工作正常。进相运行时机组的定子电流不会过载。进相运行时机组的定子铁芯和线圈温度均不会超出制造厂的规定值。


建议

建议仅在系统电压较高(235kV以上)和投入自动励磁调节器的情况下才开展进相运行;此时的进相深度限制线可选为P—Q平面上点(180MW,-85MVar)和点(300MW,-60MVar)的连线,输出功率少于180MW时,可以仍然取-90MVar作为进相行边界。为安全起见,励磁调节器在手动控制方式时不要进相运行。建议利用进相运行在线监测仪监测机组对系统等值机的功率角,并将功率角限制(报警)设置为80°,以加强满负荷深度进相运行时的安全性。该机组厂用电电压不低于5.70kV,以保证厂用电系统的安全运行,并在进相运行监测仪中设置相应的厂用电电压低报警等。建议将目前主变抽头位置调整一档,由242/20改为235.95/20。低压厂用变的抽头应根据380V各段电压水平确定是否调整,以保证足够的稳定裕度。


结论

 

该机组的在大修过程中,采纳了以上建议并调整了部份低压厂变的抽头。在粤西电网无功过剩时期,普遍带低无功运行,亦短时间进相运行过,安全性良好。对广东省电网的优质运行有实际意义。


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