简介： 本文主要根据茂名热电厂一台300MW机组的进相运行试验实况对该机组进相运行时对机组本身及粤西电网系统的影响进行分析，并提出优化建议及总结。
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
粤西地区的电网简图如下：
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[2]，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。）[3]
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 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。
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。
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。
表1 进相运行试验记录表
表2 机组进相运行最大深度点记录
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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