大型抽水蓄能機組發電機進相能力的研究

任 杰

（清遠蓄能發電有限公司，廣東清遠511853）

1 引言

清遠抽水蓄能電站4號機為單元接線，采用了東芝水電設備（杭州）有限公司生產的320MW水輪發電機組，勵磁方式是機端自并勵靜態勵磁系統，勵磁調節器是ABB公司生產的UNITROL-6800型數字式勵磁調節器。開機時勵磁為他勵可控硅勵磁，由廠用電給勵磁供電，機組并網運行時采用自并勵勵磁。

因輸電網絡不斷擴大，導致系統無功增多，如220kV、330kV和500kV級的架空線路，每公里對地的容性無功分別為130kvar、400kvar和1000～1300kvar。為彌補系統高峰負荷時的無功不足，在電網中還裝設了一定數量的電容器，這些電容器有時難以適應系統調節電壓的需要而及時投切。因此，在節假日或午夜等系統負荷處于低谷時，其過剩無功必然導致電網電壓升高，甚至超過運行電壓允許的規定值，不僅影響供電的電壓質量，還會使電網損耗增加，經濟效益下降。發電機進相運行能吸收網絡過剩的無功功率，降低系統電壓。發電機進相運行是結合電力生產需要而采用的切實可行的運行技術，它可使發電機由改變運行工況而達到降壓的目的。僅是利用系統現有設備增加的一種調壓手段，便可擴大系統電壓的調節范圍，改善電網電壓的運行狀況。該方法操作簡便，在發電機進相運行限額范圍內運行可靠，其平滑無級調節電壓的特點，更顯示了它調節電壓的靈活性，發電機進相運行是改善電網電壓質量最有效而又經濟的必要措施之一。

按照調度部門的要求，中國電力科學研究院在清遠抽水蓄能電站和ABB公司的配合下于2016年7月完成該機組進相試驗工作。

本文以清遠抽水蓄能電站4號機組為例，介紹大型抽水蓄能機組發電機進相試驗的研究。

2 試驗相關設備主要技術參數

2.1 發電機參數

生產廠家：東芝水電設備（杭州）有限公司

型號：SFD320/331-14/6570

額定視在功率：356MVA

額定有功功率：320MW

額定定子電壓：15.75kV

額定定子電流：13050A

額定功率因數：0.9（滯后）

額定勵磁電流：1770A

額定勵磁電壓：280V

額定空載勵磁電流：127A

額定空載勵磁電壓：1015V

額定轉速：428.6r/min

2.2 主變參數

生產廠家：衡陽變壓器有限公司

型號：SSP-380000/500

容量：380MVA

阻抗電壓：14.34%

高壓側電壓：525kV

低壓側電壓：15.75kV

分接頭位置：三分接

2.3 主要限制條件

在機組進相能力測試過程中，當機組運行參數達到以下指標時，應立即停止減磁。

（1）機組定子電壓不得低于額定電壓15.75kV的95%。

（2）機組定子電流不大于額定電流（13050A）。

（3）機組定子鐵心和端部構件溫度不超過105℃。

（4）機組進風溫度保持在35～45℃，出風溫度不超過80℃。

（5）機組定子的內冷水進水溫度41～48℃、出水溫度不大于85℃。

（6）機組10kV廠用電壓不低于9.5kV。

（7）機組400V廠用電壓不低于361V。

（8）理論計算極限功角如表1所示。

表1 理論計算極限功角

3 現場試驗結果

試驗時電廠運行工況，清遠抽水蓄能電站4號機單獨運行。

進相試驗在機組處于發電工況、調相工況和泵工況3種工況方式下進行，且機組沒有帶廠用電源（高廠變運行）運行。

(1)機組處于發電工況，帶160MW有功，機組未帶廠用電源（高廠變運行），發電機進相深度為-108Mvar，限制條件為機端電壓，機端電壓接近95%限制。

(2)機組處于發電工況，帶240MW有功，機組未帶廠用電源（高廠變運行），發電機進相深度為-108Mvar，限制條件為機端電壓，機端電壓接近95%限制。

(3)機組處于發電工況，帶302MW有功，機組未帶廠用電源（高廠變運行），發電機進相深度為-91.07Mvar，限制條件為機端電壓，機端電壓接近95%限制。

(4)機組處于發電調相工況，有功功率接近0，機組未帶廠用電源（高廠變運行），發電機進相深度為-121.45Mvar，限制條件為機端電壓，機端電壓接近95%限制。

(5)機組處于抽水調相工況，有功功率接近0，機組未帶廠用電源（高廠變運行），發電機進相深度為-115.98Mvar，限制條件為機端電壓，機端電壓接近95%限制。

（6）機組處于泵工況，有功功率-314MW，機組未帶廠用電源（高廠變運行），發電機進相深度為-91.02Mvar，限制條件為機端電壓，機端電壓接近95%限制。

以下為機組在各工況下進相運行時，發電機電氣量及各部分溫度的變化情況。

3.1 發電機運行參數

發電機在各種工況下進相運行時，發電機電氣量變化情況見表2。

發電機定子電壓、定子電流變化規律正確。

發電機勵磁電壓、勵磁電流的變化規律與發電機無功功率相符。

發電機功角是本次試驗中重點觀察的一個量，它隨發電機有功功率增加及發電機進相無功功率的增加而增大。如上所有工況下的功角皆小于試驗允許極限功角，所以在上述試驗范圍內進相運行不會對發電機的穩定構成威脅。

3.2 廠用電壓

發電機在各種工況下進相運行時，10kV廠用電源電壓變化情況見表3。

由于廠用電由2號機組高壓側母線供電，因此廠用電電壓變化很小。

試驗過程中10kV廠用電源電壓最低10.1kV，未達到試驗允許的電壓最低值9.5kV。

3.3 母線電壓

發電機在各種工況下進相運行時，500kV母線電壓變化情況見表4。

表2 發電機電氣量變化情況

表3 10kV廠用電源電壓變化情況

表4 500kV母線電壓變化情況

500kV母線電壓隨無功功率進相的加深而呈下降的趨勢。

3.4 發電機冷、熱風溫度

發電機在各種工況下進相運行時，發電機冷、熱風溫度變化情況見表5。

從表5中可以看出，發電機熱風溫度隨發電機有功功率的增加，呈緩慢上升趨勢，受進相深度的影響較小，且最終溫度也小于規程中允許的發電機出風溫度80℃，不影響機組的正常進相運行。

表5 發電機冷、熱風溫度變化情況

3.5 發電機定子鐵心溫度

發電機在各種工況下進相運行時，發電機定子鐵心溫度變化情況見表6。

表6 發電機定子鐵心溫度變化情況

發電機定子鐵心溫度隨發電機有功功率的增加，呈緩慢上升趨勢。發電機進相無功功率的增加，對鐵心溫度影響較小。最高溫度80.8℃，小于規程中允許的定子鐵心溫度105℃。

3.6 調節器低勵限制功能校核

3.6.1 靜態特性

進相試驗完成后，將低勵限制定值整定好。緩慢地減少機組勵磁電流，當機組進相無功功率接近低勵限制定值時，自動勵磁調節器的低勵限制環節可靠動作，調節器顯示屏上有欠勵限制信號顯示，繼續減磁，機組勵磁電流不再減少，進相無功功率不再增加，證明該勵磁調節器低勵限制環節靜態特性正確。

3.6.2 動態特性

發電機在低勵限制線以上進相運行，進行機端電壓2%下階躍，記錄發電機有功功率、無功功率以及勵磁電壓等電氣量。

低勵限制功能校核錄波曲線如圖1所示。

圖1 低勵限制曲線校核錄波曲線

試驗表明，無功功率進相到低勵限制線時，低勵限制動作，使得機組保持在低勵限制值（試驗時暫時設置為-50Mvar）以上運行，表明該機組勵磁調節器低勵限制環節動態特性正確。

4 低勵限制曲線整定

ABB的UNITROL-6800勵磁調節器，低勵限制定值只能設置成一套參數，試驗時將發電工況的定值整定好，泵工況的整定值與發電工況的對稱。調節器中最終整定值如表7所示。

表7 勵磁調節器低勵限制環節整定值

折算后相當于表8和圖2。

表8 勵磁調節器低勵限制環節整定值（折算后）

圖2 實際低勵限制曲線（折算后）

5 結論和建議

（1）通過進相試驗可以看出，清遠抽水蓄能電站4號機具有相當的進相運行的能力，在電網需要時，該機組可以進相運行。

（2）通過對本次進相試驗數據的分析，在此次試驗條件下，4號發電機在表7設定的進相深度范圍內，發電機鐵心溫度、進出風溫度及功角等均有足夠的裕度。

（3）試驗結果表明，在清遠抽水蓄能電站4號機進相運行時，微機勵磁調節器低勵限制環節工作正常。

（4）勵磁調節器當前整定的低勵限制值如表7所示。實際低勵限制曲線定值應以調度根據進相試驗結果核準的定值為準。

參考文獻:

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