【摘要】文章以当前电网形式为背景，分析火电机组在深度调峰时进相试验时的影响因素，通过一起深度调峰下机组进行进相试验的案例，提出深度调峰时机组进相试验的安全技术措施，并重点分析了如何避免进相试验时发电机失磁保护误动作。
【关键词】进相试验 静稳极限 深度调峰 失磁保护
1 概述
与新能源等电源相比，火电具有较好的调峰性能，尤其在电网低负荷期间，为尽可能消耗接纳新能源电源，对受电侧的火电机组调峰能力提出了新的要求，需要机组具备深度调峰运行能力，即机组有功在40%额定有功及以下的运行方式。目前，火电机组深度调峰工况下的进相能力仍不确定，需通过试验验证机组深度调峰下的进相能力。
2进相试验时失磁保护分析
2.1静稳限制
一般发电机在设计时的P-Q曲线的无功下限由静稳限制确定，见图1。
图1 发电机P-Q曲线图
本文所提的深度调峰机组特指有功在40%额定有功及以下运行的火电机组，均为隐极发电机。从图1可看出，随着发电机组深度调峰，有功逐渐降低，功角70°时的无功与功角90°时的无功越来越逼近，如果此时仍然只是控制功角为70°，机组深度调峰进相运行的无功裕度将比较小，一旦电网发生波动，功角很容易超过70°，并很快达到90°，引起运行风险。因此，对于深度调峰机组，除了控制功角不大于70°外，无功还得留有一定裕度。建议离功角为90°时的极限无功保留10 % 额定无功功率的裕度，对应于图1中直线FG。
隐极发电机功角的表达式为
式中：P为有功；Q为无功；U为机端电压；Xd为同步电抗。
可推导出功角为90° 时的极限无功功率为
从式（2）可见，极限无功主要跟机端电压U 和同步电抗Xd有关。由于机组进相时，随着进相深度加深，机端电压是不断下降的，再加上同步电抗在机组运行区间有一定的饱和度，因此计算极限无功还应考虑机端压降和同步电抗饱和影响。根据试验导则，进相过程中机端电压控制在90%额定电压以上，因此极限无功计算也应以90%额定电压计算，同时为保留一定的裕度，同步电抗采用不饱和值。
2.2进相试验对失磁保护的影响
发电机组进相试验时，失磁保护是必须校核的工作，避免机组进相运行至失磁保护区域，引起失磁保护动作。首先根据式（3）计算出不同运行工况下阻抗值，并在R-X平面与失磁保护阻抗圆同时标出。若阻抗值进入阻抗圆内，则该运行工况将引起失磁保护动作，需要修改试验工况。
从式（3）可以看出，随着有功P降低，R也随之降低，进相运行时机组更容易进入失磁保护区域，因此深度调峰机组进相运行时应重点关注失磁保护定值，必要时为避免失磁保护误动作可在试验中退出失磁保护投信号。
3案例分析
3.1实验前分析计算
以某330MW机组为例，机组在40%额定有功（130MW）的深度调峰工况下进行试验，进相能力按照机组极限进相能力进行试验。失磁保护采用异步阻抗圆原理，圆心、半径分别为（0，-16.2）Ω、14.43Ω。机组无功有0MVar逐渐降低至-100MVar,以每20MVar为节点，计算出对应的R-X值。通过计算得出，当无功功率为降低至最低-100MW时，二次电抗R为28.99Ω，二次感抗X为-22.31Ω，可以看出，整个进相过程中的R-X值均在失磁保护圆外，不会造成失磁保护误动作。但考虑到试验时电压下降及失磁保护本身误差影响，试验时应将失磁保护投信号，并做好机组失磁预案。
3.2实验数据分析
本次试验是在深度调峰工况下开展机组进相试验，机组AGC、AVC退出运行，发变组失磁保护退出投信号，AVR投入运行，整个试验过程发电机在有功约为128MW，随着机组进相加深，功角、定电流增加，机端电压、励磁电流、厂用电压下降，进相到功率因数为进相0.84时，发电机无功为-82Mvar，发电机定子电压降至18.9kV，其额定电压的94.5%，发电机测量功角53.4。发电机机端电流最大为4.7kA，远低于额定定子电流11.207kA，6kV厂用母线电压降至5.87kV，400V母线电压降至361.5V。
由此可见，在本次试验进相限制因素为400V母线电压将至380V的95%即361V，整个试验过程机组机端电压均大于90%；机端电流小于额定电流，发电机功角都在70 以内，与试验前的分析计算数据相符合。因此，在本次试验范围内，发电机能满足静稳和暂稳的要求，同时失磁保护未动作。
4结语
根据此次深度调峰工况下的进相试验，以及以往正常工况下机组进相试验的经验，在机组进相试验时发电机失磁保护一般不会发生误动作，但仍存在一定的风险。深度调峰机组进相试验前应根据失磁保护定值及发电机静稳P-Q曲线对进相深度进行校核，裕度小的应退出投信号。
参考文献：
[1] 电力系统分析（第三版），中国电力出版社
[2] 同步发电机进相试验导则 DW746—2012[S]. 2016
[3] 郭春平，余振，殷修涛. 发电机低励限制与失磁保护的配合整定计算[J]. 中国电机工程学报，2012，32
论文作者:葛永勇,陈凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：机组论文; 发电机论文; 深度论文; 工况论文; 端电压论文; 电抗论文; 电压论文; 《电力设备》2019年第6期论文;