功果橋電站500kV電抗器加裝研究分析

劉劍明

摘要：針對功果橋電站機組投運以來，對電站送端母線電壓偏高、機組長期進相運行的問題進行調研分析，結合電網無功平衡基本原則以及2013年滇西北電網無功平衡及無功補償情況，提出只有在功果橋電站送出端并聯500kV電抗器才能解決滇西北主網架形成過程中電站機組在枯期面臨的機組輕載進相運行問題以及電站送端母線電壓偏高問題。

關鍵詞：功果橋電站；500kV電抗器加裝；研究分析

0引言

功果橋電站位于云南省云龍縣的瀾滄江干流上，為兩庫八級開發方案的第一個梯級電站，電站裝機容量900MW（4×225MW），年發電量約40.4億kW.h，總庫容3.49億m3。

電站電能通過500kV功果橋～大理甲線單回線路送至云南電網。功果橋—大理導線型號為LGJ-300×4，線路長度115.6km，線路產生的充電功率約133Mvar，該線路在大理側裝設了1組120Mvar線路高抗。2013年，滇西北電網感性無功補償總體不足，枯期電網電壓偏高。功果橋電站自投運以來，正常運行時線路潮流較輕，由于500kV大理變電壓偏高、加之功果橋～大理甲線線路感性無功補償度為欠補償（補償度為82%），導致電站500kV側電壓偏高，迫使功果橋電站長時間吸收較多無功功率才能使電網電壓滿足運行要求。枯水期功果橋電站小功率送出的情況下，為滿足電壓調節及調峰要求，部分時段需要增開1臺機組輕載進相運行，浪費了枯期寶貴的水資源，且由于陪開機組運行在低負荷振動區域，給機組安全穩定運行帶來壓力。

針對上述問題，功果橋電站針對機組投運以來，電站送端母線電壓偏高、機組長期進相運行的問題進行調研分析，提出合理可行的解決措施，為機組的經濟、安全運行創造條件。

1功果橋電站機組進行運行狀況

1.1電站進相運行狀況

功果橋電站通過1 回至大理變500kV 線路與云南主網相連，線路長度為115.6km，在大理側裝設120Mvar高抗（額定電壓為550kV）1組。根據無功管理分層分區、就地平衡的原則，在電網平衡無功能力不足的情況下，功果橋電站必然要承擔滇西北電網特別是大理變的電壓調整及無功平衡的任務。

在低負荷時段，尤其是枯水期低谷時段，500kV大理變150Mvar低抗完全投入的情況下，大理變仍存在電壓偏高的問題，系統容性無功功率富余，此時功果橋電站有功出力大量減少，功果橋—大理500kV 輸電線路上充電功率不能通過線路高抗完全平衡，更重要的是系統富余的容性無功功率也必須采用其他方法將其吸收。因此，在500kV大理變及功果橋電站側均沒有其他調相調壓設備的情況下，功果橋電站機組不得不長期深度進相運行，以吸收系統富余的容性無功功率及功果橋電站送出線路剩余的線路充電功率，來滿足電壓調整的需求。

1.2 機組進相運行的限制性因素

根據《電力系統電壓和無功電力技術導則》的規定，并入電網運行的機組應具備有功功率為額定值時，功率因數進相 0.90運行的能力。發電機進相運行時各電氣參數是對稱的，并且發電機仍保持同步轉速，因而是屬于發電機正常運行方式中的一種。但機組長期進相運行可能會給機組和系統帶來以下不利影響：

（1）發電機進相運行時，由于勵磁電流減小，發電機電勢隨之減小，造成功角的增大，從而降低了發電機的靜態穩定性，同時發電機在進相運行時暫態和動態穩定性也要降低。

（2）進相運行時由于助磁性的電樞反應，使發電機端部漏磁增加，端部漏磁引起定子端部溫度升高。發電機端部漏磁通為定子繞組端部漏磁通和轉子端部漏磁通的合成，進相運行時，由于兩個磁場的相位關系使得合成磁通較非進相運行時大，鐵損增大，導致定子端部溫度升高。

（3）廠用電一般引自發電機出口或發電機電壓母線，進相運行時，由于發電機勵磁電流降低和無功潮流倒送引起機端電壓降低同時造成廠用電電壓降低。

（4）進相運行時，由于機端電壓降低，在輸出功率不變的情況下發電機定子電流增加，易造成定子過電流。

由此可見，發電機進相能力受多種因素限制，決定機組進相能力的限制判據也是由多種因素組成的綜合判據。

目前國內大型水輪機組在設計工藝上已經充分考慮機組進相運行的要求，通過對投運機組進行進相運行試驗，可以確定機組進相深度運行曲線，同時保證機組和系統的長期安全穩定運行。發電機在允許的進相范圍內運行，可以擴大系統電壓的調節范圍，是改善電網電壓質量最有效而又經濟的必要措施之一。

功果橋電站在最小水頭46m～最大水頭66m范圍內，機組在空載～45%Pr時，水輪機頂蓋振動值和水導處軸的擺度值最大，其他工況振動正常，即功果橋電站機組振動區對應的有功出力為0～101MW。

功果橋電站在枯水期低谷段，一般開1臺機就能滿足有功出力和電網安全備用的要求。為了吸收多余的無功功率，功果橋電站需增開1臺機組輕載進相運行，難以避開低負荷運行區域。根據功果橋電站的統計資料表明，4號、3號、1號機組均出現低負荷運行情況（有功出力 0～20MW），出現被迫在不宜長期運行的低負荷振動區運行，給電站安全穩定運行帶來較大的壓力。

2滇西北電網無功平衡分析

2.1無功平衡的主要原則

根據無功功率“分層分區、就地平衡”的基本原則，500kV電網的無功功率應盡量在本電網平衡，避免無功功率長距離輸送。根據《電力系統電壓和無功電力技術導則》要求，500kV線路的充電功率應通過高低壓無功補償設備基本予以補償，高、低壓并聯電抗器總容量的補償度不宜低于90%。

2.22013年滇西北地區無功平衡分析

經過對近幾年滇西北片區無功平衡情況進行分析：

2013年500kV大理片區無功情況由以下部分組成：功果橋～大理線路、大理～和平雙回線路大理側的一半、大理～黃坪單回線路大理側的一半、大理變，該片區感性無功補償度為93.4%，為欠補償。endprint

2013年500kV大理、黃坪片區無功平衡情況由以下部分組成：功果橋～大理線路、大理～和平雙回線路大理側的一半、大理～黃坪單回線路、黃坪～太安雙回線路黃坪側的一半、黃坪～仁和雙回線路黃坪側的一半、大理變、黃坪變，該片區感性無功補償度達到102%，為過補償。

大理片區豐水期大方式下，功果橋電站4臺機滿發，有功出力4×225MW。功果橋～大理單回 500kV線路上功果橋側流出的無功功率約11Mvar。功果橋4臺升壓變消耗的無功功率為118.2Mvar，功果橋電站機組需要發出無功129.2Mvar。此時功果橋電站500kV側電壓為539.0kV，大理變500kV側電壓為532.1kV。

大理片區2013年枯小方式下，功果橋電站開2臺機，有功出力150MW。功果橋～大理單回 500kV 線路上富余的充電功率約131.8Mvar，其中123.5Mvar 流向功果橋側。功果橋升壓變消耗的無功為13.5Mvar，功果橋機組需進相110.0Mvar，機端電壓降低至15.0kV。此時功果橋電站500kV側電壓為 538.2kV（高于調度機構要求的小方式下電站500kV側運行電壓上限），大理變500kV側電壓為540.9kV。

3結論

經過對功果橋電站機組運行情況及滇西北2013年電網無功平衡分析可知，功果橋電站滿發時，電站送出線路和電站升壓變消耗無功功率較多，機組基本無需進相運行，電網電壓可以維持在合理水平。系統處于低谷時段運行時特別是枯期低谷時段時，功果橋電站開一臺機即可滿足有功出力，但部分時段仍需增開1臺機組輕載進相調壓。

隨著滇西北500kV電網的完善加強以及直流外送工程的建設，滇西北片區220kV及以上電網的感性無功缺額將逐漸縮小，感性無功補償度有所提高，此外隨著梨園、阿海等大型水電站的投產，電網調壓手段增多，屆時滇西北電網電壓偏高問題將在一定程度上緩解。但是，功果橋電站作為網絡的末端電廠，接入的大理變處于電網的送端，與主網聯系較弱，即使滇西北主網加強后，功果橋電站高壓側電壓仍較高，不滿足目前小方式下要求的運行電壓范圍要求，因此，電站新增并聯電抗器主要是解決滇西北主網架形成過程中機組在枯期面臨的機組輕載進相運行問題，并能適應遠景年電網網架的變化。

因此，為解決電站送端母線電壓偏高、機組進相運行問題，并為電站安全穩定運行留有一定的裕度，功果橋電站有必要新增并聯電抗器。

參考文獻：

[1]電力系統電壓和無功電力技術導則（SD325-89）[S].中華人民共和國能源部.endprint