功果桥电站500kV电抗器加装研究分析

刘剑明

摘要：针对功果桥电站机组投运以来，对电站送端母线电压偏高、机组长期进相运行的问题进行调研分析，结合电网无功平衡基本原则以及2013年滇西北电网无功平衡及无功补偿情况，提出只有在功果桥电站送出端并联500kV电抗器才能解决滇西北主网架形成过程中电站机组在枯期面临的机组轻载进相运行问题以及电站送端母线电压偏高问题。

关键词：功果桥电站；500kV电抗器加装；研究分析

0引言

功果桥电站位于云南省云龙县的澜沧江干流上，为两库八级开发方案的第一个梯级电站，电站装机容量900MW（4×225MW），年发电量约40.4亿kW.h，总库容3.49亿m3。

电站电能通过500kV功果桥～大理甲线单回线路送至云南电网。功果桥—大理导线型号为LGJ-300×4，线路长度115.6km，线路产生的充电功率约133Mvar，该线路在大理侧装设了1组120Mvar线路高抗。2013年，滇西北电网感性无功补偿总体不足，枯期电网电压偏高。功果桥电站自投运以来，正常运行时线路潮流较轻，由于500kV大理变电压偏高、加之功果桥～大理甲线线路感性无功补偿度为欠补偿（补偿度为82%），导致电站500kV侧电压偏高，迫使功果桥电站长时间吸收较多无功功率才能使电网电压满足运行要求。枯水期功果桥电站小功率送出的情况下，为满足电压调节及调峰要求，部分时段需要增开1台机组轻载进相运行，浪费了枯期宝贵的水资源，且由于陪开机组运行在低负荷振动区域，给机组安全稳定运行带来压力。

针对上述问题，功果桥电站针对机组投运以来，电站送端母线电压偏高、机组长期进相运行的问题进行调研分析，提出合理可行的解决措施，为机组的经济、安全运行创造条件。

1功果桥电站机组进行运行状况

1.1电站进相运行状况

功果桥电站通过1 回至大理变500kV 线路与云南主网相连，线路长度为115.6km，在大理侧装设120Mvar高抗（额定电压为550kV）1组。根据无功管理分层分区、就地平衡的原则，在电网平衡无功能力不足的情况下，功果桥电站必然要承担滇西北电网特别是大理变的电压调整及无功平衡的任务。

在低负荷时段，尤其是枯水期低谷时段，500kV大理变150Mvar低抗完全投入的情况下，大理变仍存在电压偏高的问题，系统容性无功功率富余，此时功果桥电站有功出力大量减少，功果桥—大理500kV 输电线路上充电功率不能通过线路高抗完全平衡，更重要的是系统富余的容性无功功率也必须采用其他方法将其吸收。因此，在500kV大理变及功果桥电站侧均没有其他调相调压设备的情况下，功果桥电站机组不得不长期深度进相运行，以吸收系统富余的容性无功功率及功果桥电站送出线路剩余的线路充电功率，来满足电压调整的需求。

1.2 机组进相运行的限制性因素

根据《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定，并入电网运行的机组应具备有功功率为额定值时，功率因数进相 0.90运行的能力。发电机进相运行时各电气参数是对称的，并且发电机仍保持同步转速，因而是属于发电机正常运行方式中的一种。但机组长期进相运行可能会给机组和系统带来以下不利影响：

（1）发电机进相运行时，由于励磁电流减小，发电机电势随之减小，造成功角的增大，从而降低了发电机的静态稳定性，同时发电机在进相运行时暂态和动态稳定性也要降低。

（2）进相运行时由于助磁性的电枢反应，使发电机端部漏磁增加，端部漏磁引起定子端部温度升高。发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏磁通和转子端部漏磁通的合成，进相运行时，由于两个磁场的相位关系使得合成磁通较非进相运行时大，铁损增大，导致定子端部温度升高。

（3）厂用电一般引自发电机出口或发电机电压母线，进相运行时，由于发电机励磁电流降低和无功潮流倒送引起机端电压降低同时造成厂用电电压降低。

（4）进相运行时，由于机端电压降低，在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加，易造成定子过电流。

由此可见，发电机进相能力受多种因素限制，决定机组进相能力的限制判据也是由多种因素组成的综合判据。

目前国内大型水轮机组在设计工艺上已经充分考虑机组进相运行的要求，通过对投运机组进行进相运行试验，可以确定机组进相深度运行曲线，同时保证机组和系统的长期安全稳定运行。发电机在允许的进相范围内运行，可以扩大系统电压的调节范围，是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一。

功果桥电站在最小水头46m～最大水头66m范围内，机组在空载～45%Pr时，水轮机顶盖振动值和水导处轴的摆度值最大，其他工况振动正常，即功果桥电站机组振动区对应的有功出力为0～101MW。

功果桥电站在枯水期低谷段，一般开1台机就能满足有功出力和电网安全备用的要求。为了吸收多余的无功功率，功果桥电站需增开1台机组轻载进相运行，难以避开低负荷运行区域。根据功果桥电站的统计资料表明，4号、3号、1号机组均出现低负荷运行情况（有功出力 0～20MW），出现被迫在不宜长期运行的低负荷振动区运行，给电站安全稳定运行带来较大的压力。

2滇西北电网无功平衡分析

2.1无功平衡的主要原则

根据无功功率“分层分区、就地平衡”的基本原则，500kV电网的无功功率应尽量在本电网平衡，避免无功功率长距离输送。根据《电力系统电压和无功电力技术导则》要求，500kV线路的充电功率应通过高低压无功补偿设备基本予以补偿，高、低压并联电抗器总容量的补偿度不宜低于90%。

2.22013年滇西北地区无功平衡分析

经过对近几年滇西北片区无功平衡情况进行分析：

2013年500kV大理片区无功情况由以下部分组成：功果桥～大理线路、大理～和平双回线路大理侧的一半、大理～黄坪单回线路大理侧的一半、大理变，该片区感性无功补偿度为93.4%，为欠补偿。endprint

2013年500kV大理、黄坪片区无功平衡情况由以下部分组成：功果桥～大理线路、大理～和平双回线路大理侧的一半、大理～黄坪单回线路、黄坪～太安双回线路黄坪侧的一半、黄坪～仁和双回线路黄坪侧的一半、大理变、黄坪变，该片区感性无功补偿度达到102%，为过补偿。

大理片区丰水期大方式下，功果桥电站4台机满发，有功出力4×225MW。功果桥～大理单回 500kV线路上功果桥侧流出的无功功率约11Mvar。功果桥4台升压变消耗的无功功率为118.2Mvar，功果桥电站机组需要发出无功129.2Mvar。此时功果桥电站500kV侧电压为539.0kV，大理变500kV侧电压为532.1kV。

大理片区2013年枯小方式下，功果桥电站开2台机，有功出力150MW。功果桥～大理单回 500kV 线路上富余的充电功率约131.8Mvar，其中123.5Mvar 流向功果桥侧。功果桥升压变消耗的无功为13.5Mvar，功果桥机组需进相110.0Mvar，机端电压降低至15.0kV。此时功果桥电站500kV侧电压为 538.2kV（高于调度机构要求的小方式下电站500kV侧运行电压上限），大理变500kV侧电压为540.9kV。

3结论

经过对功果桥电站机组运行情况及滇西北2013年电网无功平衡分析可知，功果桥电站满发时，电站送出线路和电站升压变消耗无功功率较多，机组基本无需进相运行，电网电压可以维持在合理水平。系统处于低谷时段运行时特别是枯期低谷时段时，功果桥电站开一台机即可满足有功出力，但部分时段仍需增开1台机组轻载进相调压。

随着滇西北500kV电网的完善加强以及直流外送工程的建设，滇西北片区220kV及以上电网的感性无功缺额将逐渐缩小，感性无功补偿度有所提高，此外随着梨园、阿海等大型水电站的投产，电网调压手段增多，届时滇西北电网电压偏高问题将在一定程度上缓解。但是，功果桥电站作为网络的末端电厂，接入的大理变处于电网的送端，与主网联系较弱，即使滇西北主网加强后，功果桥电站高压侧电压仍较高，不满足目前小方式下要求的运行电压范围要求，因此，电站新增并联电抗器主要是解决滇西北主网架形成过程中机组在枯期面临的机组轻载进相运行问题，并能适应远景年电网网架的变化。

因此，为解决电站送端母线电压偏高、机组进相运行问题，并为电站安全稳定运行留有一定的裕度，功果桥电站有必要新增并联电抗器。

参考文献：

[1]电力系统电压和无功电力技术导则（SD325-89）[S].中华人民共和国能源部.endprint