摘要：水电站带长线路充电过程中避免发电机组的自励磁问题是决定启动方案成功的关键因素之一。通过对机组的自励磁参数进行简要的计算分析，设计充电方案及步骤并成功得进行了实施。
关键词：400kV；黑启动，线路充电；自励磁；过电压
1 前 言
2015年8月，埃塞俄比亚吉布3水电站在有水调试过程中，发现因为业主总承包招标合同疏漏，造成无分包商提供400kV高压电抗器。由于无电抗器吸收长线路的容性无功，导致空载长线路的容升效应造成线路末端电压过高；如采用系统倒送电方式，系统不能吸收这么多无功，此时吉布3水电站已经有4台机组已安装完成，雨季库区水量充沛，若不能及时并网，每天将造成巨大的经济损失。于是参建各方讨论，并成功实施了2台机组带长线路充电，在线路末端并网.将机组接入埃塞俄比亚国家电网。
2 项目概述
吉布3水电站位于埃塞俄比亚西南部索多市附近，为OMO河的第3级电站。安装有10台187MW混流式水轮发电机，总装机1870MW，开关站为400kV电压等级，为埃塞俄比亚建成的最大水电项目。工程总投资超过20亿美元，中方承担的机电EPC总投资约5亿美元。由东方电气集团国际合作公司（DEC）负责执行，中国电建成都勘测设计研究院设计，中国电建水利水电第八工程局有限公司负责机电及金属安装。
3 长线路黑启动充电并网方案的设计
基于现场情况，若电网系统不能够倒送电，可采取的替代办法是将机组做黑启动带孤网运行，将水轮发电机组处于进相运行工况，吸收长距离线路产生的容性无功功率，待条件成熟时再将机组同期并网。首先是高压输电线路距离太长，输电距离达到了300km，中间跨越了两个变电站，均不属于我方设计的项目，因此充电过程中的设备难以把控。其次根据粗略估算，线路容性无功功率太大，需要多台机组同时吸收，跨机组操作步骤繁琐。同规模电压等级同类型的充电试验，在国内外都没有先例，无成功先例可以借鉴。埃塞俄比亚吉布3项目团队不负众望，在短时间内拿出了多台机组带长线路黑启动充电并网方案，经过参建各方多次讨论，最终各方认可了该方案并进行了实施。
3.1水轮发电机组自励磁特性和线路充电容量的计算
当同步发电机带上一定容性负荷时，在系统参数谐振条件下，即当线路的容抗小于或等于发电机和变压器感抗时，在发电机剩磁和电容电流助磁作用下，发生发电机端电压与负载电流同时上升的现象，就是发电机自励磁。当发电机组接空载长线路或串联电容补偿度过大的线路上容易发生自励磁。
如本项目的长距离输电线路，需要将多台机组做进相方式运行，吸收线路产生的容性无功功率，才不会产生自励磁现象。吉布3机组的进相深度限制在60MVA左右，若进相深度太深，将造成发电机定子温度升高，长期运行可能损坏机组。在当时的库区水位下，机组在122米水头时，单台机组带长线路运行时系统会出现自励磁问题，两台机组需要做进相运行勉强可以避免自励磁情况产生，但是机组进相的深度会很深，对机组长期运行不利，机组的进相深度已限制在60MVA左右。需要增加一定量的外部负荷来吸收部分容性无功，才能确保充电方案稳定安全运行。业主（EEPCO）最后同意在SODO变电站增加了两套并联电抗器和大约70MW的地区负荷来吸收容性无功，以确保机组在充电过程中能够长期稳定运行。
4 长线路黑启动充电并网方案的实施
4.1充电操作前准备
●确认1#机，2#机发电机保护投入。
●确认第1组主变、架空线保护投入。
●确认开关站母线保护，线路保护投入。
●确认开关站至SODO变电站通讯已调试完成，保证电话通讯正常。
●确认后备电源稳定可靠，启动柴油机热备用。完成黑启动的准备。
4.2充电操作步骤1——1#机组带SODO 3#线路黑启动零起升压
●确认SODO变电站倒闸操作正确。
●开关站倒闸：将1#主变进线通过3#，4#母线连接到SODO 3#线上。
●黑启动机组。1#机组自动开机至空转。
●合上GCB。
●励磁系统切换“零起升压模式”。
●升压分为 25%，50%，75%，100%。通知SODO变电站进行PT回路测量。
●当电压为50%，75%，100%手动分开SODO 3#线路断路器，检查切断50km空载线路过电压情况。
●将机端电压设定在14kV，同时励磁系统切自动。
●试验实际结果：1#机组送电至SODO变电站，SODO站的电压正常，此时1#机组无功为-33MVA。
4.3 充电操作步骤2——2#机组自动开机同期，2台机组同时向SODO变电站供电
●将2#励磁自动起励电压设定14kV。
●2#机组自动开至空载。
●将2#机组并网。
●恢复1#GCB至1#机励磁系统的，1#调试器的并网信号。
●两台机组带额定电压向SODO变电站送电，SODO站带上10MW左右的地区负荷。
4.4 充电操作步骤3——SODO变电站向至AkakiⅡ变电站送电，最后在至AkakiⅡ并网
●SODO变电站操作，合闸SODO至AkakiⅡ的断路器。此合闸属于空载线路合闸，会产生瞬时过电压，过电压倍数约1.9倍，造成系统短时振荡。利用安装在线路两端的避雷器，可以对过电压进行限制，可将过电压的倍数限制到1.5～1.6倍。此时会考验线路上所有一次设备的绝缘水平，通过调整保护动作延时，确保此振荡期间所有相关保护不会动作。
图3 合闸过电压波形
a）电源电压为直流电压 b）电源电压为工频交流电压
●送电至AkakiⅡ变电站成功后，快速带上60MW的地区负荷，避免空载切除300km的线路带来的过电压。同时AkakiⅡ变电站对电压进行相序检查。此时2台机组带70MW的负荷及300km的长线路产生的约192.84Mva的无功负荷孤网运行。此时机组开始做进相运行，操作人员要严密监视机组的发热情况。若发现机组过热需要立即停机。
●根据AkakiⅡ变电站的指令调节两台机组的电压和频率，在AkakiⅡ变电站并网成功，充电过程结束。
5 结语
在吉布3水电站多台机组黑启动带400kV长线路充电并网方案的实践过程中，吉布3项目部技术人员很好的将理论知识与实践经验相结合，顺利完成了这一较为复杂的试验，为总包方避免了约1000万美元的损失。通过吉布3水电站的实例，对国外巨型水电项目在黑启动过程中的自励磁问题的研究和解决方面积累了丰富的经验。
参考文献：
［1］卢明，马林 500kV架空输电线路线路参数的测量及分析 河南电力 2003年第1期
［2］傅吉悦．徐印东 水水电机组带长线路黑启动仿真分析[J] 吉林电力，2012，8；
作者简介：
朱礼金，男，1984年出生，工程师。从事国内外水电项目的机组安装、调试及技术管理工作，试验运维中心副主任兼总工，兼任埃塞吉布3项目总工，现在中国电建水利水电第八工程局有限公司机电公司试验运维中心工作。
论文作者:朱礼金
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/13
标签：机组论文; 线路论文; 过电压论文; 变电站论文; 电压论文; 埃塞俄比亚论文; 励磁论文; 《电力设备》2018年第3期论文;