擴大單元接線機組附加調差系數整定方法研究

熊鴻韜，陸海清，張建承，沈軼君，汪宗恒

（國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

附加調差系數是在發(fā)電機自動電壓控制中考慮機組無功出力對電壓的影響，增大并列機組間的等效電抗，提高并列機組運行穩(wěn)定性，或者補償單元接線時的升壓變壓器電抗壓降，減小機組與系統(tǒng)的聯(lián)系電抗，提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的關鍵參數[1]。不合理的附加調差系數，將影響機組的安全運行，不利于系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定。因此，附加調差系數的整定是機組調試工作的重點和難點。

很多學者對附加調差系數的整定進行了相關研究，文獻[1-2]研究了機端并列和單元組接線方式下的附加調差系數整定方法，并提出了擴大單元接線方式下的整定原則。文獻[3]分析了附加調差系數對電力系統(tǒng)阻尼的影響機理。文獻[4]分析了擴大單元接線方式下的調差特性。目前，針對擴大單元接線機組附加調差系數整定方法的研究還比較少。

發(fā)電廠中發(fā)電機組與系統(tǒng)相連的接線方式主要有機端并聯(lián)的單元組接線方式和擴大單元接線方式。擴大單元接線是將2臺容量較小的機組通過1臺三相三繞組變壓器與系統(tǒng)相連，這種接線方式既有機端并列運行2臺機組只有1個高壓并列點的特點，也有單元組接線2臺機組間存在較大聯(lián)系電抗的特點。在進行附加調差系數整定時需同時考慮這2種接線方式的整定原則，整定難度較大。目前電網中新建了較多的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，該類型的聯(lián)合循環(huán)機組包含2臺發(fā)電機，一般通過三繞組變壓器接入220 kV電壓等級電網，對電網的電壓穩(wěn)定影響很大，需要整定勵磁系統(tǒng)的附加調差系數來加強機組對電網的電壓支撐能力。三繞組變壓器連接2臺發(fā)電機，機組與電網之間的阻抗以及機組之間的阻抗較為復雜，阻抗之間的標度也不統(tǒng)一，調差系數的整定較為復雜。因此，基于單元接線機組附加調差系數的整定方法，結合擴大單元接線方式的特點，提出一種可以工程化應用的擴大單元接線機組附加調差系數整定方法。

1 擴大單元接線方式分析

擴大單元接線方式如圖1所示。

圖1 擴大單元接線

由圖1可知，2臺機組分別與三相三繞組變壓器的2個線圈相連，并非完全獨立，機組之間通過同一繞組與系統(tǒng)相連，存在較大的聯(lián)系電抗，其等值電路如圖2所示。

圖2 三繞組變壓器的等值電路

根據三繞組變壓器制造廠提供的每兩繞組的短路電壓 Uk（1-2）， Uk（1-3）和 Uk（2-3）， 可以求出各個繞組的短路電壓如下：

由于三繞組變壓器的短路電壓已經折算為變壓器一次側額定容量下的值，因此電抗的計算不存在容量比不同的折算問題?？紤]到電阻阻值遠小于電抗阻值，為簡化分析模型，可忽略電阻的影響。

將電抗值歸算到高壓側，則各繞組電抗分別如下計算：

式中：Un，Sn分別為主變壓器（以下簡稱主變）一次側電壓和額定容量。

由圖2的等效電路可知，2臺機組的并列點并不在高壓側，而在圖中N點，N點稱為虛擬并列點，因此可將1個三繞組變壓器等效為2個兩繞組變壓器，并列點為虛擬并列點N。則三繞組變壓器連接的2臺發(fā)電機可等效為并列點為N的2個兩繞組變壓器分別連接1臺發(fā)電機，如圖3所示。

圖3 擴大單元接線方式簡化示意

2 調差系數整定研究

單元接線機組在電網中的應用十分普遍，一般采用勵磁系統(tǒng)附加調差的方法來補償主變電抗壓降，特別適用于采用大電抗主變的新建機組。目前通用標準中一般以發(fā)電機容量作為調差的基準值，勵磁系統(tǒng)中的調差模型如圖4所示。

圖4 標準的調差模型

單元接線機組的一般整定原則為：通過大阻抗變壓器聯(lián)入系統(tǒng)時，XC取負值，補償變壓器的部分阻抗，保證機組與系統(tǒng)適當的電氣距離來及時響應系統(tǒng)的擾動。

同理，擴大單元接線機組的調差整定計算應該考慮2點：高壓側母線調差必須為適當的正調差，一般考慮5%~10%；G1和G2之間需要有正調差，一般5%以上，保證2臺機組穩(wěn)定運行。

如圖3所示的擴大單元接線按照主變容量折算到主變側，虛擬并列點N的等效調差公式按下列計算：

式中：DT為并列點調差；Uk為主變短路電抗；UGn和IGn為發(fā)電機額定電壓和額定電流；UTn和ITn為主變額定電壓和額定電流；D為發(fā)電機附加調差。

主變低壓側發(fā)電機額定電壓和額定電流一般相同，式（3）可以轉化為：

因此對應于每臺機組并列點N和實際高壓側母線的等效調差分別為：

式（5）是基于三繞組變壓器額定容量計算出并列點等效調差，實際計算時一般是基于發(fā)電機容量進行整定，則式（5）—（6）可以轉化為：

因此在進行擴大單元接線機組調差D的整定時，考慮按照式（8）折算到機組側后在5%~10%，并且2臺機組之間的調差要在5%以上。

3 計算實例

某發(fā)電廠2臺機組采用擴大單元接線，接線方式如圖1所示，發(fā)電機G1容量87 MVA、功率因數0.85，發(fā)電機G2容量47.5 MVA、功率因數0.8，主變容量參見表1。

表1 變壓器參數

發(fā)電機G1連接主變中壓側，發(fā)電機G2連接主變低壓側，確認表1中參數按照主變額定容量進行標定，相關發(fā)電機參數代入式（8）可以得到，以發(fā)電機容量為基準的并列點的調差系數為：

式中：DL1，DL2分別為G1和G2并網點等效調差；D1，D2分別為G1和G2設置調差。

高壓側調差值按照10%進行整定，則D1整定為-0.3%，D2整定為4.04%。

4 仿真校核與現場運行

為了驗證整定計算方法的可行性，驗證按照上述方法所整定出來的調差值能否保持高壓側一致，研究單元接線機組和擴大單元接線機組的實際差別，在PSASP仿真系統(tǒng)中模擬實際機組及其接線方式搭建擴大單元接線系統(tǒng)G11和G12。作為對比，G1和G2為單元接線的機組，機組變壓器按照三繞組變壓器的轉換參數設置。為了獲得高壓側的計算調差，在仿真系統(tǒng)中設置1臺發(fā)電機G3作為擾動源，通過設置擾動使得高壓側母線電壓發(fā)生變化，從而計算出調差值。系統(tǒng)如圖5所示，模擬系統(tǒng)的擾動，采用擾動前后的數據計算2臺機組的調差值并進行對比。

圖5 仿真校核計算系統(tǒng)

仿真系統(tǒng)中，T1和T2短路電壓設定為10.3%和5.96%，T12參數按照表1設置，發(fā)電機參數按照發(fā)電廠實際數據設置，G1，G11機組勵磁系統(tǒng)的調差設置為-0.3%。G2，G12機組勵磁系統(tǒng)的調差設置為4.04%。仿真校核計算結果見表2。

表2 仿真校核計算結果

從仿真計算的結果來看，機端側調差計算值與設定值基本一致，高壓母線側計算調差與設定的10%基本一致，說明調差整定計算達到了預定目標。

給勵磁系統(tǒng)設定多組不同調差值，擾動后計算數據見表3。

表3 多組不同調差值仿真校核計算結果

仿真結果顯示：機端側調差計算值與實際設定值一致，與接線方式無關；單元接線的2臺機組母線側調差計算值基本一致；擴大單元接線的2臺機組母線側調差計算值基本一致；分別切除G11和G12進行仿真計算，結果顯示三繞組變壓器對于機組高壓側等效調差會產生一定的影響，但影響不大。

將上文得到的整定值D1=-0.3%，D2=4.04%投入現場設定。校驗2臺機組之間的短路電壓Uk（2-3），折算到 G2側為 12.83%，則 2臺機組之間的綜合阻抗約為15%（G2側），因此設定值是合理的。現場整定完畢，2臺機組無功運行穩(wěn)定。

5 結語

分析擴大單元接線機組的特點，結合常規(guī)單元接線機組附加調差系數的整定方法及原則，進行必要的修正之后用來整定擴大單元接線機組的附加調差系數。修正之后的整定方法能夠簡單方便地整定擴大單元接線機組的附加調差系數，可應用于實際電網的參數整定工作。

考慮三繞組變壓器獨有的電氣特點，通過仿真系統(tǒng)計算了擴大單元接線與單元接線機組高壓母線側的實際調差，并對計算誤差進行了分析，為后續(xù)的參數整定工作提供了參考依據。

結合某發(fā)電廠實例，按照該修正后的整定方法進行了參數整定，并給出了整定建議值，現場設定之后機組運行情況良好。

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