黑龍江電網典型火電廠輔機低電壓穿越能力分析

郭江濤,胡遠婷,徐冰亮,郭 裊,劉 進

(1.國網黑龍江省電力有限公司 調度控制中心,哈爾濱 150090; 2.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030)

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黑龍江電網典型火電廠輔機低電壓穿越能力分析

郭江濤1,胡遠婷2,徐冰亮2,郭 裊2,劉 進2

(1.國網黑龍江省電力有限公司 調度控制中心,哈爾濱 150090; 2.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030)

當前火電廠輔機大多采用變頻技術,不具備低電壓穿越能力,在故障情況下,存在系統損失大容量電源的安全隱患,嚴重威脅整個系統的安全穩定運行。因此,針對黑龍江電網的實際運行情況,考慮到發生低電壓穿越時造成的嚴重影響和后果,以省內4個典型火電廠為研究對象,分析了220 kV系統和500 kV系統三相短路故障后,發電廠輔機母線電壓跌落水平,并給出了火電廠輔機低電壓穿越能力評價指標。

黑龍江電網; 火電廠;輔機;低電壓穿越;電壓跌落

低電壓穿越是指發電系統在確定時間內承受一定限值的電網低電壓而不退出運行的能力。目前多以風電場和光伏電站為研究對象,進行其低電壓穿越能力的研究,而忽略了火電廠輔機的低電壓穿越能力[1-3]。如果火電廠因雷擊、電氣設備短路、接地等引起電網和電廠廠用電短時電壓降低,將造成變頻器動力電源低電壓和變頻器控制電源低電壓,致使變頻器低電壓閉鎖保護動作;安裝有變頻器的輔機(電動機)會停止運行,造成停爐、停機事故,使發電機失去對電網穩定支撐的能力,從而使局部電網失去穩定,造成事故擴大[4]。

近年來,發電公司和設計單位在許多火電廠輔機的設計上都越來越傾向于采取變頻器技術[5-6]。然而,多數變頻器低電壓穿越能力差,甚至根本不具備這種能力。所以,本文以黑龍江電網為研究對象,選擇哈三A廠、哈三B廠、鶴崗B廠、七臺河廠4個火電廠為典型,對電廠220 kV系統、500 kV系統三相短路故障造成母線電壓降低時,電廠輔機電壓跌落水平進行分析。

1 分析條件

本次仿真分析采用電力系統分析綜合程序(PSASP)中暫態分析模塊,故障類型為發變組高壓側三相短路故障。

1) 由于黑龍江地區火電機組主要裝機容量為200、300和600 MW,通過220 kV系統或500 kV系統并網發電,因此該報告中所選取的4個火電廠具有代表性,涵蓋了黑龍江電網火電廠的各種并網發電形式。

2) 報告中的系統側等值情況:依據2015年黑龍江省電網實際運行情況。

3) 各電廠發電機、主變、高廠變及低廠變參數均為實際銘牌數據。

4) 報告中的各主變、高廠變以正常分接頭運行(暫未考慮最大分接情況)。

5) 不考慮輔機電動機反電勢對母線殘壓的影響。

2 典型火電廠輔機低電壓穿越能力分析

2.1 哈三A、B廠

哈三A廠2臺30萬kW機組和哈三B廠2臺60萬kW機組占哈爾濱地區總裝機容量的50%以上。因此哈三A廠和哈三B廠輔機的低電壓穿越能力對電網的安全有著重要的影響。

2.1.1 哈三A廠

一般情況下，建筑施工選址應該按照當地的環境、氣候、水質、地質條件等因素來選擇。在建筑設計中，要確保不破壞當地的生態環境，同時還要做到合理運用有限資源，提高資源的利用效率。

哈三A廠有2臺20萬kW機組,每臺機組都經1個高廠變帶自身的廠用變壓器和負荷,包括低廠變、排粉機、磨煤機、送風機、給水泵等,具體接線如圖1所示。

圖1 哈三A廠接線圖

當哈三A廠220 kV系統發生三相短路故障時,母線電壓故障時刻降為0 kV,電廠輔機的電壓也會隨之降低,分析不同開機方式下,哈三A廠輔機的電壓降低情況。方式一:G1、G2全開。方式二:G1開機。故障類型:母線三相短路故障,故障持續時間0.12 s。

不同方式下哈三A廠母線三相短路故障引起的電壓降低如圖2所示。哈三A廠發生母線三相短路故障,故障切除后電廠輔機電壓跌落65%～68%,如表1所示。

2.1.2 哈三B廠

哈三B廠有2臺60萬kW機組,每臺機組都經2個高廠變帶自身的廠用變壓器和負荷,包括低廠變、輸煤變壓器、除塵變壓器、磨煤機、碎煤機等,具體接線如圖3所示。

圖2 不同方式下哈三A廠母線三相短路 故障引起的電壓降低

表1 哈三A廠發生電網故障時廠用電壓情況

圖3 哈三B廠接線圖

當哈三B廠220 kV母線發生三相短路故障時,母線電壓故障時刻降為0 kV,電廠輔機的電壓也會隨之降低,分析不同開機方式下哈三B廠輔機的電壓降低情況。方式一:G3開機。方式二:G3、G4全開機。方式三:G3、G4各發電40萬kW。方式四:G3發電40萬kW;G4發電60萬kW。故障類型:母線三相短路故障,故障持續時間0.12 s。

不同方式下哈三B廠母線三相短路故障引起的電壓降低如圖4所示。

圖4 不同方式下哈三B廠母線三相短路 故障引起的電壓降低

2.2 鶴崗B廠

鶴崗B廠有1臺60萬kW機組,下經1個高廠變帶自身的廠用變壓器和負荷,包括廠用工作變、檢修變、輸煤變、除塵變等,具體接線如圖5所示。當鶴崗B廠500 kV母線發生三相短路故障時,母線電壓故障時刻降為0 kV,電廠輔機的電壓也會隨之降低,分析不同方式下鶴崗B廠輔機的電壓降低情況。方式一:故障持續時間0.12 s。方式二:故障持續時間0.5 s。

表2 哈三B廠發生電網故障時廠用電壓情況

圖5 鶴崗B廠接線圖

不同方式下鶴崗B廠母線三相短路故障引起的電壓降低如圖6所示。

圖6 不同方式下鶴崗B廠母線三相短路 故障引起的電壓降低

鶴崗B廠發生母線三相短路故障,故障切除后電廠輔機電壓降低程度為68%～75%,如表3所示。

表3 鶴崗B廠發生電網故障時廠用電壓情況

2.3 七臺河電廠

七臺河電廠共有發電機組4臺,分別為2臺35 萬kW機組(G1、G2)和2臺60萬kW機組(G3、G4)。電廠出線較為復雜,G1、G2可經220 kV或500 kV母線并網發電,G3、G4經500 kV母線并網發電,具體接線方式如圖7所示。

圖7 七臺河電廠接線圖

七臺河電廠的4臺發電機組都經1個高廠變帶自身的廠用變壓器和負荷,包括工作變、除塵變、輸煤變、照明變等。當七臺河廠220 kV母線或500 kV母線發生三相短路故障時,母線電壓故障時刻降為0 kV,電廠輔機的電壓也會隨之降低,根據黑龍江省電網運行方式的規定,分析七臺河廠不同開機方式下,輔機的電壓降低情況。故障方式如表4所示,220 kV母線故障切除時間0.2 s,500 kV母線故障切除時間0.12 s。

表4 故障方式

注:分裂運行即為1臺600 MW機組和1臺350 MW機組通過七云甲乙線并網;另1臺350 MW機組通過七河線、七民線并網。

不同方式下七臺河廠500 kV母線三相短路故障引起的電壓降低如圖8所示。

圖8 不同方式下七臺河廠500 kV母線三相短路故障引起的電壓降低

七臺河電廠發生220 kV母線三相短路故障,故障切除后在不同的開機方式下,220 kV母線下電廠輔機電壓降低程度為64%～68%,如表5所示;500 kV母線發生三相短路故障,故障切除后在不同的開機方式下,500 kV母線下電廠輔機電壓降低程度為62%～67%,如表6所示。

表5 七臺河廠220 kV母線發生電網故障時廠用電壓情況

表6 七臺河廠500 kV母線發生電網故障時廠用電壓情況

3 結 論

1) 哈三A廠220 kV母線發生三相短路故障時,電廠輔機電壓跌幅約為65%～68%,6 kV母線電壓最大跌幅為66%,380 V母線電壓最大跌幅為68%。

2) 哈三B廠220 kV母線發生三相短路故障時,電廠輔機電壓跌幅約為70%～71%,6 kV母線電壓最大跌幅為70%,380 V母線電壓最大跌幅為71%。

3) 鶴崗B廠500 kV母線發生三相短路故障時,電廠輔機電壓跌幅最大約為75%,6 kV母線電壓最大跌幅為74%,380 V母線電壓最大跌幅為75%。

4) 七臺河電廠220 kV母線發生三相短路故障時,電廠輔機電壓跌幅約為64%～68%,6 kV母線電壓最大跌幅為65%,380 V母線電壓最大跌幅為68%;七臺河電廠500 kV母線發生三相短路故障時,電廠輔機電壓跌幅約為62%～67%,6 kV母線電壓最大跌幅為65%,380 V母線電壓最大跌幅為67%。

5) 黑龍江省火電廠出口側電網故障時,廠用電電壓跌幅約為62%～75%,電壓等級越低,則電壓跌幅越大。考慮到應留有適當的裕度,火電廠輔機低電壓穿越能力指標可設為0.2 p.u.。

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(責任編輯 郭金光)

Ability analysis of Heilongjiang power grid typical thermal power plant auxiliary equipments low voltage ride-through

GUO Jiangtao, HU Yuanting, XU Bingliang, GUO Niao, LIU Jin

(1. Dispatching Control Center, State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150090, China;2. Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

Thermal power plant auxiliary equipments adopt converter technique mostly, It doesn’t have the ability of low voltage ride-through. It will result in safe hidden trouble of losing high capability electrical source. It is baneful for safe and stable running of the whole power system. Considering the severe influence and result which be brought by low voltage ride-through. Aiming at the actual operating mode of Heilongjiang power grid, this paper takes Heilongjiang province four typical thermal power plant as studying objects. Analyzing the voltage dip level of thermal power plant auxiliary equipments after happening 220 kV and 500 kV system three-phase short-circuit fault. Putting forward the estimate index of the ability of thermal power plant auxiliary equipments low voltage ride-through.

Heilongjiang Grid; thermal power plant; auxiliary equipment; low voltage ride-through; voltage dip

2015-11-23。

郭江濤(1964—),男,高級工程師,主要從事電力調度生產運行工作。

TM761

A

2095-6843(2016)02-0109-05