大型抽水蓄能机组发电机进相能力的研究

任 杰

（清远蓄能发电有限公司，广东清远511853）

1 引言

清远抽水蓄能电站4号机为单元接线，采用了东芝水电设备（杭州）有限公司生产的320MW水轮发电机组，励磁方式是机端自并励静态励磁系统，励磁调节器是ABB公司生产的UNITROL-6800型数字式励磁调节器。开机时励磁为他励可控硅励磁，由厂用电给励磁供电，机组并网运行时采用自并励励磁。

因输电网络不断扩大，导致系统无功增多，如220kV、330kV和500kV级的架空线路，每公里对地的容性无功分别为130kvar、400kvar和1000～1300kvar。为弥补系统高峰负荷时的无功不足，在电网中还装设了一定数量的电容器，这些电容器有时难以适应系统调节电压的需要而及时投切。因此，在节假日或午夜等系统负荷处于低谷时，其过剩无功必然导致电网电压升高，甚至超过运行电压允许的规定值，不仅影响供电的电压质量，还会使电网损耗增加，经济效益下降。发电机进相运行能吸收网络过剩的无功功率，降低系统电压。发电机进相运行是结合电力生产需要而采用的切实可行的运行技术，它可使发电机由改变运行工况而达到降压的目的。仅是利用系统现有设备增加的一种调压手段，便可扩大系统电压的调节范围，改善电网电压的运行状况。该方法操作简便，在发电机进相运行限额范围内运行可靠，其平滑无级调节电压的特点，更显示了它调节电压的灵活性，发电机进相运行是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一。

按照调度部门的要求，中国电力科学研究院在清远抽水蓄能电站和ABB公司的配合下于2016年7月完成该机组进相试验工作。

本文以清远抽水蓄能电站4号机组为例，介绍大型抽水蓄能机组发电机进相试验的研究。

2 试验相关设备主要技术参数

2.1 发电机参数

生产厂家：东芝水电设备（杭州）有限公司

型号：SFD320/331-14/6570

额定视在功率：356MVA

额定有功功率：320MW

额定定子电压：15.75kV

额定定子电流：13050A

额定功率因数：0.9（滞后）

额定励磁电流：1770A

额定励磁电压：280V

额定空载励磁电流：127A

额定空载励磁电压：1015V

额定转速：428.6r/min

2.2 主变参数

生产厂家：衡阳变压器有限公司

型号：SSP-380000/500

容量：380MVA

阻抗电压：14.34%

高压侧电压：525kV

低压侧电压：15.75kV

分接头位置：三分接

2.3 主要限制条件

在机组进相能力测试过程中，当机组运行参数达到以下指标时，应立即停止减磁。

（1）机组定子电压不得低于额定电压15.75kV的95%。

（2）机组定子电流不大于额定电流（13050A）。

（3）机组定子铁心和端部构件温度不超过105℃。

（4）机组进风温度保持在35～45℃，出风温度不超过80℃。

（5）机组定子的内冷水进水温度41～48℃、出水温度不大于85℃。

（6）机组10kV厂用电压不低于9.5kV。

（7）机组400V厂用电压不低于361V。

（8）理论计算极限功角如表1所示。

表1 理论计算极限功角

3 现场试验结果

试验时电厂运行工况，清远抽水蓄能电站4号机单独运行。

进相试验在机组处于发电工况、调相工况和泵工况3种工况方式下进行，且机组没有带厂用电源（高厂变运行）运行。

(1)机组处于发电工况，带160MW有功，机组未带厂用电源（高厂变运行），发电机进相深度为-108Mvar，限制条件为机端电压，机端电压接近95%限制。

(2)机组处于发电工况，带240MW有功，机组未带厂用电源（高厂变运行），发电机进相深度为-108Mvar，限制条件为机端电压，机端电压接近95%限制。

(3)机组处于发电工况，带302MW有功，机组未带厂用电源（高厂变运行），发电机进相深度为-91.07Mvar，限制条件为机端电压，机端电压接近95%限制。

(4)机组处于发电调相工况，有功功率接近0，机组未带厂用电源（高厂变运行），发电机进相深度为-121.45Mvar，限制条件为机端电压，机端电压接近95%限制。

(5)机组处于抽水调相工况，有功功率接近0，机组未带厂用电源（高厂变运行），发电机进相深度为-115.98Mvar，限制条件为机端电压，机端电压接近95%限制。

（6）机组处于泵工况，有功功率-314MW，机组未带厂用电源（高厂变运行），发电机进相深度为-91.02Mvar，限制条件为机端电压，机端电压接近95%限制。

以下为机组在各工况下进相运行时，发电机电气量及各部分温度的变化情况。

3.1 发电机运行参数

发电机在各种工况下进相运行时，发电机电气量变化情况见表2。

发电机定子电压、定子电流变化规律正确。

发电机励磁电压、励磁电流的变化规律与发电机无功功率相符。

发电机功角是本次试验中重点观察的一个量，它随发电机有功功率增加及发电机进相无功功率的增加而增大。如上所有工况下的功角皆小于试验允许极限功角，所以在上述试验范围内进相运行不会对发电机的稳定构成威胁。

3.2 厂用电压

发电机在各种工况下进相运行时，10kV厂用电源电压变化情况见表3。

由于厂用电由2号机组高压侧母线供电，因此厂用电电压变化很小。

试验过程中10kV厂用电源电压最低10.1kV，未达到试验允许的电压最低值9.5kV。

3.3 母线电压

发电机在各种工况下进相运行时，500kV母线电压变化情况见表4。

表2 发电机电气量变化情况

表3 10kV厂用电源电压变化情况

表4 500kV母线电压变化情况

500kV母线电压随无功功率进相的加深而呈下降的趋势。

3.4 发电机冷、热风温度

发电机在各种工况下进相运行时，发电机冷、热风温度变化情况见表5。

从表5中可以看出，发电机热风温度随发电机有功功率的增加，呈缓慢上升趋势，受进相深度的影响较小，且最终温度也小于规程中允许的发电机出风温度80℃，不影响机组的正常进相运行。

表5 发电机冷、热风温度变化情况

3.5 发电机定子铁心温度

发电机在各种工况下进相运行时，发电机定子铁心温度变化情况见表6。

表6 发电机定子铁心温度变化情况

发电机定子铁心温度随发电机有功功率的增加，呈缓慢上升趋势。发电机进相无功功率的增加，对铁心温度影响较小。最高温度80.8℃，小于规程中允许的定子铁心温度105℃。

3.6 调节器低励限制功能校核

3.6.1 静态特性

进相试验完成后，将低励限制定值整定好。缓慢地减少机组励磁电流，当机组进相无功功率接近低励限制定值时，自动励磁调节器的低励限制环节可靠动作，调节器显示屏上有欠励限制信号显示，继续减磁，机组励磁电流不再减少，进相无功功率不再增加，证明该励磁调节器低励限制环节静态特性正确。

3.6.2 动态特性

发电机在低励限制线以上进相运行，进行机端电压2%下阶跃，记录发电机有功功率、无功功率以及励磁电压等电气量。

低励限制功能校核录波曲线如图1所示。

图1 低励限制曲线校核录波曲线

试验表明，无功功率进相到低励限制线时，低励限制动作，使得机组保持在低励限制值（试验时暂时设置为-50Mvar）以上运行，表明该机组励磁调节器低励限制环节动态特性正确。

4 低励限制曲线整定

ABB的UNITROL-6800励磁调节器，低励限制定值只能设置成一套参数，试验时将发电工况的定值整定好，泵工况的整定值与发电工况的对称。调节器中最终整定值如表7所示。

表7 励磁调节器低励限制环节整定值

折算后相当于表8和图2。

表8 励磁调节器低励限制环节整定值（折算后）

图2 实际低励限制曲线（折算后）

5 结论和建议

（1）通过进相试验可以看出，清远抽水蓄能电站4号机具有相当的进相运行的能力，在电网需要时，该机组可以进相运行。

（2）通过对本次进相试验数据的分析，在此次试验条件下，4号发电机在表7设定的进相深度范围内，发电机铁心温度、进出风温度及功角等均有足够的裕度。

（3）试验结果表明，在清远抽水蓄能电站4号机进相运行时，微机励磁调节器低励限制环节工作正常。

（4）励磁调节器当前整定的低励限制值如表7所示。实际低励限制曲线定值应以调度根据进相试验结果核准的定值为准。

参考文献:

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