摘 要： 針對出線側(cè)帶并聯(lián)電抗器的大型火電機組進行并網(wǎng)核相試驗時遇到的特殊問題,，提出了以發(fā)電機作為核相電源，進行兩待并系統(tǒng)核相的新方法,。對試驗方案進行仿真模擬,，對試驗過程中各電量的變化進行考查，并對各設(shè)備保護的定值整定和投入進行論證,。最后在核相試驗過程中采取綜合措施順利解決勵磁系統(tǒng)參數(shù)配合問題,，圓滿完成核相試驗。
關(guān)鍵詞： 核相試驗,；零起升壓,；并聯(lián)電抗器
0 引言
相序、相位不同的兩電源系統(tǒng)合環(huán)時,，將會造成嚴重的短路事故,，因此，新投運電廠必須結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備特點和實際接線進行核相試驗,，預(yù)防此類事故發(fā)生[1-2],。目前，甘肅省內(nèi)600 MW及以上大型火電機組均采用單元接線方式接入750 kV超高壓電網(wǎng),，并在出線處接入并聯(lián)電抗器以補償長線路的對地電容,。在大容量并聯(lián)電抗器接入情況下，進行核相試驗時必須考慮并聯(lián)電抗器的過補償效應(yīng),。本文以大唐景泰電廠核相試驗的技術(shù)研究與實踐為基礎(chǔ),，總結(jié)出線側(cè)帶并聯(lián)電抗器的大型火電機組并網(wǎng)核相試驗新方法。
1 核相新技術(shù)
新建發(fā)電機組并網(wǎng)前,，都要進行核相試驗[3],。一般情況下，發(fā)電廠與電網(wǎng)核相試驗采用線路側(cè)提供核相電源,，以倒充主變的方式進行,。景泰電廠所接750 kV景白線由于線路較長，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全,，不宜采用倒充主變方式,。考查景泰電廠一次接線,，決定采取以發(fā)電機為核相電源,，升壓帶起主變高側(cè)PT和線路側(cè)PT進行核相。景泰電廠一次接線方式如圖1所示,。
由景泰電廠出線結(jié)構(gòu)可知,，線路并聯(lián)電抗器位于主變高壓側(cè)PT和線路側(cè)PT之間，且其容量達300 MW,，因而以此種方式核相必須考慮電抗器過補償效應(yīng)的影響,。首先，必須對發(fā)電機帶電抗器升壓過程中電流電壓變化情況有準確的認識,，確保此種核相方式不影響設(shè)備安全[4],。其次，必須對這種方式下發(fā)電機保護,、電抗器保護定值和保護投退進行論證,，確保繼電保護起到應(yīng)有作用[5]。最后,，勵磁系統(tǒng)以空載情況為依據(jù)對零起升壓相關(guān)參數(shù)進行限定,，必須在核相過程中采取綜合措施解決勵磁系統(tǒng)參數(shù)配合問題。
2 電抗器模型
圖2所示為并聯(lián)電抗器的物理模型,，其中u為外加的正弦電壓,，2分別為主磁通、漏磁通,、經(jīng)過旁軛的磁通,，im是激勵電流，e為線圈的感應(yīng)電動勢,。
相應(yīng)的電路與磁路方程為：
其中,，i1為磁化電流，分別為主磁通與漏磁通的磁導(dǎo),，L1,、L分別為主電感和漏電感。
根據(jù)電磁感應(yīng)定律與基爾霍夫電壓定律得：
圖3為并聯(lián)電抗器的等效電路,，其中rFe為鐵耗等效電阻,，r為線圈繞組，Lgap,、Lnon分別為氣隙電感和鐵心電感,。
激勵電流包括磁化電流與鐵耗電流，即：
其中,，
電感又可等效為氣隙電感和鐵心電感,，即：
L1=Lgap+Lnon（9）
由圖2與圖3及式（1）~（9）能夠?qū)﹄娍蛊鞯母鱾€電氣量有準確的認識，使繼電保護的整定與后期的核相工作有可靠的理論支持,。
3 仿真論證
以發(fā)電機作為單一電源進行核相試驗,，擬采取的實驗步驟如下：打開線路側(cè)連接，主開關(guān)處于斷位,，發(fā)電機進行空載零起升壓,，待電壓穩(wěn)定于某一值后,，合主開關(guān)，帶起主變高側(cè)PT和線路側(cè)PT,。此核相試驗過程中,，機端將突加300 MW并聯(lián)電抗器負載，可能會產(chǎn)生較大的暫態(tài)電流,。因此,，應(yīng)首先對這種核相方式下主變高壓側(cè)電流、電壓進行仿真研究,，對各量變化情況有準確的認識,，為繼電保護的定值整定和配置提供可靠參考[1]。以PSCAD/EMTDC為平臺,，對試驗過程中的電流,、電壓變化情況進行仿真。
PSCAD/EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC System）軟件包是目前世界上較廣泛使用的一種電力系統(tǒng)分析軟件,，其主要功能是進行電力系統(tǒng)時域和頻域計算仿真,，典型應(yīng)用是計算電力系統(tǒng)遭受擾動或參數(shù)變化時電參數(shù)隨時間變化的規(guī)律。根據(jù)景泰電廠一次接線情況,，搭建仿真電路如圖4所示,。
仿真模擬發(fā)電機空載升壓至額定值后，合主開關(guān),，考查此過程中主變高側(cè)暫態(tài)電流的大小以及主變高側(cè)電壓的變化情況,。仿真過程未考慮勵磁系統(tǒng)特性，設(shè)定機端電壓在一個周波后升至額定值,，且各元件均設(shè)置為理想元件,。電流、電壓仿真波形圖如圖5所示,。
由圖5可見,，電流在合閘瞬間出現(xiàn)最大瞬態(tài)值1.2 kA，并在大約兩個周波后穩(wěn)定于0.1 kA（峰值）,。根據(jù)仿真結(jié)果分析保護的定值整定情況：依調(diào)度定值單,，景泰電廠主變復(fù)壓過流保護未用，故不考慮此項保護,；電抗器過流保護定值為300 A,，動作延時為1.5 s，雖然此突增暫態(tài)電流大于電抗器過流保護動作值,，但其衰減速度很快,，故電抗器保護亦不會誤動；并且此電流對于發(fā)電機,、主變,、電抗器均為穿越性電流,，差動保護可靠不動作。據(jù)以上分析可知,，此核相方法對各設(shè)備電流保護不構(gòu)成影響,，可以在不修改定值的情況下進行試驗。
保護配置方面,，除發(fā)變組、電抗器相關(guān)保護應(yīng)全數(shù)投入外,，由于主開關(guān)到電抗器高端這一段線路包含于線路保護中,，故線路保護中除線路差動保護外的部分亦應(yīng)投入，以期對帶電范圍內(nèi)所有部分進行充分保護[5],。
4 核相新技術(shù)應(yīng)用
發(fā)電機空載升壓至50%Ue（10 kV）,，合上發(fā)電機出口斷路器。之后,，機端電壓下降至10%Ue（2 kV）,，調(diào)節(jié)器自動升壓，當上升至25%Ue（5 kV）時,，勵磁調(diào)節(jié)器報“復(fù)勵故障”信號,，滅磁開關(guān)跳開，勵磁系統(tǒng)退出運行,。
分析故障原因：“復(fù)勵故障”信號代表蓄電池復(fù)勵時間超過了CMPD MAX TIME（307）的設(shè)定,，即在復(fù)勵時限內(nèi)，機端電壓未能升至設(shè)定值,。調(diào)節(jié)器默認在機端電壓降至10%Ue時再次投入起勵電源,，以復(fù)勵方式運行?？梢婋娍蛊髫撦d的接入大幅拉低了機端電壓,，而此期間調(diào)節(jié)器自動升壓步長較小，電壓不能在給定時限內(nèi)恢復(fù),，導(dǎo)致復(fù)勵方式投入時間超過了限值,，從而報出“復(fù)勵故障”。
為使發(fā)電機在復(fù)勵時限內(nèi)能夠成功帶起并聯(lián)電抗器,，必須縮短從零起到電壓穩(wěn)定于50%Ue的時間,。有兩種手段可達到這一目的，其一為修改勵磁系統(tǒng)限制值,。檢查CMPD ON LEVEL（306）,、CMPD MAX TIME（307）和SUPPLY MODE（901）三個參數(shù)的設(shè)置：參數(shù)CMPD ON LEVEL（306）固化設(shè)為10%，現(xiàn)場無法修改,；參數(shù)CMPD MAX TIME為直流復(fù)勵回路投入時間,，考慮到復(fù)勵回路容量很小,，長時間投入可能會使其燒毀，故此定值也無法修改,。于是考慮第二種手段,，即合斷路器帶起電抗器后，在復(fù)勵時限內(nèi)加快發(fā)電機機端電壓的回升速度,。本文決定采取勵磁調(diào)節(jié)器自動升壓的同時手動增磁的辦法,，以期在復(fù)勵時限之內(nèi)恢復(fù)機端電壓。再次開始試驗,，仍建壓至50%Ue,，在合斷路器后立即開始手動增磁，此次發(fā)電機機端電壓成功穩(wěn)定在50%Ue,，而且勵磁系統(tǒng)各參數(shù)亦均在限值范圍以內(nèi),。發(fā)電機成功帶起300 MVar電抗器負荷，電壓保持穩(wěn)定,，調(diào)試人員立即開始進行二次電壓核相,。
以勵磁調(diào)節(jié)器自動升壓的同時手動增磁的方式，在勵磁調(diào)節(jié)器各時限定值以內(nèi),，帶起300 MVar電抗器負荷,，并使電壓保持穩(wěn)定。此時線路側(cè)PT與主變高側(cè)PT接入同一電源系統(tǒng),，在兩PT的二次側(cè)測量同名端子和非同名端子的電壓差值,，其相別測量關(guān)系如表1所示。
可見系統(tǒng)側(cè)和發(fā)電機側(cè)電壓相序完全一致,，兩個待并電源系統(tǒng)符合合環(huán)條件,，核相試驗順利完成。
5 結(jié)論
發(fā)電機作為核相電源,，帶并聯(lián)電抗器負載進行主變高側(cè)PT和線路PT核相的試驗方式在省內(nèi)尚屬首次,。本文對試驗過程中各電壓電流量變化情況進行仿真，研究分析其對發(fā)電機和電抗器保護的影響,，提出詳細實施方案,，在實施過程中對機端電壓和勵磁系統(tǒng)響應(yīng)進行詳細分析，適當修改勵磁系統(tǒng)限值參數(shù),，最終順利完成核相試驗,。本文方法為今后其他類似一次出線結(jié)構(gòu)電廠的核相工作提供了有益參考。
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