（陕西省清水川能源股份有限公司 719400）
摘要：在科学技术和经济不断发展的今天，随着电力系统规模的不断增大以及结构的日益复杂，电网对大型火电机组有了对不间断电源（UPS）参与黑启动的更高的要求。从电网黑启动的背景下出发，对火电厂百万机组做电网UPS的可行性进行了详细的分析，并且提出了电气设计改造的方案、也同时介绍了仿真分析结果及实践经验，在此，仅供同行们参考和借鉴。
关键词：百万机组电网快速切负荷（FCB）；不间断电源（UPS）；电气研究
引言
随着电力系统以及电网规模的扩大化和逐渐复杂化，我国南方的电网已经基本形成了“八交八直”共16条500kV及以上西电东送大通道，同时也形成了发供用电不平衡、水火电容量不平衡的电网架构，电力系统运行的风险不断增加，电网崩溃的诱导因素越来越难控制。这是来自南方电网中心经过一系列的研究发现的。近来，大型火电机组在电力系统中的角色已经不再是简单的输出电能和参与系统深度调峰，如今更有了做不间断电源（Uninterruptible Power System，简称 UPS） 参与电网黑启动的新要求：电力系统正常运行时，机组作为稳定的输出源向电网供电；电网谷峰差距大时，大型火电机组应参与深度调峰；当电网故障时，机组通过快速切负荷（Fast Cut Back，简称FCB）实现自带厂用电运行孤岛运行，做电网的UPS电源参与黑启动过程。本文以国华台电6号机组为例，介绍火电厂百万机组做电网UPS的电气研究及实践。仅仅做出一些浅薄的建议和可行性分析，希望同行人士可以借鉴与提出意见。
1 可行性分析
电网不间断电源UPS电源的选择有很多的要求，简单来说主要有以下三个：第一是机组应有足够的容量并足够可靠，这样才能保证可以包含更多的有用信息，并且真实可靠。第二是机组应具有FCB功能，可以快速切负荷，从而可以减轻机组的电量压力。第三是机组孤岛运行后再并入电网应足够安全，这样才能保证信息以及点电力运输的安全。通过调查，发现国华台电是神华国华电力公司在广东省投资的南方电网内最大的火力发电厂，从2003年12月起，陆续投产了5台600MW以及2台1000MW国产燃煤火力发电机组，分别建成了220kV及500kV升压站各有一座，在珠三角地区共有4条220kV、4条500kV输电线路，七台机组投产以来的安全稳定运行为广东省电力负荷中心提供了强力保障。其500kV电力系统简易物理模型如下。来自文献书本中的图中显示了5011～5053为500kV断路器，803～807为3～7号发电机出口断路器。其中6、7号百万机组为上海电气集团成套生产，汽轮机、锅炉和发电机等主机参数能够满足快速切负荷运行工况要求。国华台电6号机组热力控制系统采用国产分散控制系统（Distributed Control Systems，简称DCS）、数字电液调速系统（Digital Electro- hydraulic Control System，简称 DEH），均可根据100%甩负荷、辅机故障减负荷（Run Back，简称RB）试验等结果进一步优化FCB逻辑，有利于机组FCB功能的实现。电气500kV断路器控制系统和安全稳定控制装置经过进一步的设计改造，能够满足局部电网严重故障后孤岛运行条件及电网恢复过程中的并网发电功能，最终确定将国华台电6号发电机组做南方电网500kV系统的一个UPS电源点，机组电力设备得到一定的完善[1]。
2 FCB电气改造
国华台电6号百万机组在一开始的投产时没有完全考虑FCB，为了使得机组具备完全意义的FCB功能，后期必须进行相应的电气改造，实现FCB工况的电气触发以及机组FCB后可同期并入有载电网。
2.1 FCB触发
FCB的触发国内目前还没有统一的标准，国华台电6号机采用安稳装置的出口跳闸接点、断路器运行位置进行综合逻辑判断，作为触发FCB文献书本中配有的图，电气FCB触发逻辑图条件，触发逻辑如图所示。A/B两套安稳装置动作信号组成或门，重动三个带延时功能的中间继电器，动作信号分别送DCS及DEH系统（三取二），通过与断路器5041、5042及806位置接点进行逻辑组态组成与或非门，然后进行FCB判断，决定机组是否进入FCB运行状态。
2.2同期并网电气设计改造
孤岛运行机组同有载电网再行连接要通过主变高断路器，但原设计中6号机组仅有发电机出口断路器806一个同期并网点，所以需在主变高压侧进行同期改造。6号机组在5042断路器处加设同期点，并设计了自动准同期和手动同期的两种方式，两种方式的结合，大大增强了它的运行和工作的机制。在5042断路器同期合闸后，再操作5041断路器进行合环运行。
3 电气安全性研究
在电网出现故障时，机组FCB与电网解列自带厂用电孤岛运行，有可能会出现系统过电压情况。机组孤岛运行参与黑启动过程并入电网也可能会产生自励磁，并且还可能出现操作过电压影响电力系统和设备的安全。
3.1FCB仿真试验
为了更加了解它的工作理念，使其更高效率的工作。在PSCAD/EMTDC软件平台上搭建6号机组模型进行50%、100%负荷下机组FCB进入孤岛运行工况仿真，检测发电机机端过电压情况。从图文献书本中配有的图中可看出仿真曲线中我们可以看到50%和100%FCB时发电机机端电压最高分别升至1.037pu和1.041pu，低于电力系统设备的绝缘承受能力[2]。
3.2孤岛运行机组空充线路仿真
孤岛运行机组空充线路的操作过程会出现操作过电压，过电压幅值主要受到合闸相角和三相开关合闸是否同期的影响。理想工况下最大过电压出现在合闸角为90°时，在运行工况仿真时主要研究三相不同期合闸时机端电压、线路首端和末端的过电压情况，暂态仿真数据对比见下表1。
3.3机组自励磁计算
对于检验孤岛运行机组在参与黑启动过程中发电机是否会产生自励磁的判断情况，通常采用阻抗比较法（假设此时电阻可忽略不计），即当外电路容抗Xc满足Xq＜Xc＜Xd时会发生发电机同步自励磁（Xq为发电机交轴电抗、Xd为发电机直轴电抗）。对于隐极发电机，Xq=Xd，所以当外电路等效容抗Xc满足Xc＞Xd，发电机不会发生自励磁，计及升压变短路电抗XT，即当Xc＞（Xd+XT）时，发变组不会发生自励磁。以鼓峰丙线为出线线路，参数采用Π型等效模型，其折算至发电机端的容抗有名值Xc=8.711Ω，6号发电机有名值Xd=1.714Ω。主变短路电抗折算至发电机端的有名值XT=0.115Ω，Xc（8.711）＞（Xd+XT）（1.839）成立，故不会发生自励磁。
4 实践结果及分析
2013年7月4日，国华台电6号机组完成50%FCB试验，11月7日完成100%FCB试验，机端电压最大幅值分别达到1.182pu和1.215pu。进行孤岛运行机组带空线路零起升压试验以考查自励磁情况，结果见表1：由表2可以看到：随着励磁电压逐渐升高，各测点电压也将平稳升高，发电机电流、有功、无功也平稳增大且满足机组安全运行的要求，发电机未发生自励磁。用90%发电机额定电压空充线路以校核过电压情况，空充试验数据见表2。
通过对比分析，可以发现空充线路试验时各暂态过电压与仿真数据基本相符，其中主变高压侧为1.81倍、线路末端1.89倍，发电机机端为1.40的5倍，从具体的数据可以看出，这些都基本满足国标和设备参数要求。
5结束语
由于黑启动时系统缺乏阻尼，为进一步提高UPS电源参与黑启动的成功率，减少空充线路自励磁、操作过电压及低频振荡的几率，建议将电力系统安全稳定控制器（power system stabilizer，PSS）有功功率自动控制值进行调整，根据经验可尝试将考虑到成本和生产实际，并不要求所有的机组均具备成为电网电力系统安全稳定控制器UPS 的能力，对于同一电厂的众多机组来说，如果有一台或者两台机组成为电网UPS，那么通过本厂内部的厂用电互联或者启备变返送电即可启动其他机组，从而短时间内整个电厂可作为大UPS，向所连接的不同输电线路送电。为保证电网的安全、优质、经济运行和电厂的安全稳定，建议每年对电网UPS电源进行一次FCB试验。
参考文献
[1]靳阿妮.百万机组不停电电源运行情况分析及应对措施[J].现代制造, 2011(36):20-21.
[2]时瑞.UPS不间断电源故障分析与维修[J].中国土木工程学会计算机应用学会第六届年会, 2007.
论文作者:庞松
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
标签：机组论文; 电网论文; 过电压论文; 发电机论文; 国华论文; 孤岛论文; 断路器论文; 《电力设备》2017年第15期论文;