黑龙江电网典型火电厂辅机低电压穿越能力分析

郭江涛,胡远婷,徐冰亮,郭 袅,刘 进

(1.国网黑龙江省电力有限公司 调度控制中心,哈尔滨 150090; 2.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030)



黑龙江电网典型火电厂辅机低电压穿越能力分析

郭江涛1,胡远婷2,徐冰亮2,郭 袅2,刘 进2

(1.国网黑龙江省电力有限公司 调度控制中心,哈尔滨 150090; 2.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030)

当前火电厂辅机大多采用变频技术,不具备低电压穿越能力,在故障情况下,存在系统损失大容量电源的安全隐患,严重威胁整个系统的安全稳定运行。因此,针对黑龙江电网的实际运行情况,考虑到发生低电压穿越时造成的严重影响和后果,以省内4个典型火电厂为研究对象,分析了220 kV系统和500 kV系统三相短路故障后,发电厂辅机母线电压跌落水平,并给出了火电厂辅机低电压穿越能力评价指标。

黑龙江电网; 火电厂;辅机;低电压穿越;电压跌落

低电压穿越是指发电系统在确定时间内承受一定限值的电网低电压而不退出运行的能力。目前多以风电场和光伏电站为研究对象,进行其低电压穿越能力的研究,而忽略了火电厂辅机的低电压穿越能力[1-3]。如果火电厂因雷击、电气设备短路、接地等引起电网和电厂厂用电短时电压降低,将造成变频器动力电源低电压和变频器控制电源低电压,致使变频器低电压闭锁保护动作;安装有变频器的辅机(电动机)会停止运行,造成停炉、停机事故,使发电机失去对电网稳定支撑的能力,从而使局部电网失去稳定,造成事故扩大[4]。

近年来,发电公司和设计单位在许多火电厂辅机的设计上都越来越倾向于采取变频器技术[5-6]。然而,多数变频器低电压穿越能力差,甚至根本不具备这种能力。所以,本文以黑龙江电网为研究对象,选择哈三A厂、哈三B厂、鹤岗B厂、七台河厂4个火电厂为典型,对电厂220 kV系统、500 kV系统三相短路故障造成母线电压降低时,电厂辅机电压跌落水平进行分析。

1 分析条件

本次仿真分析采用电力系统分析综合程序(PSASP)中暂态分析模块,故障类型为发变组高压侧三相短路故障。

1) 由于黑龙江地区火电机组主要装机容量为200、300和600 MW,通过220 kV系统或500 kV系统并网发电,因此该报告中所选取的4个火电厂具有代表性,涵盖了黑龙江电网火电厂的各种并网发电形式。

2) 报告中的系统侧等值情况:依据2015年黑龙江省电网实际运行情况。

3) 各电厂发电机、主变、高厂变及低厂变参数均为实际铭牌数据。

4) 报告中的各主变、高厂变以正常分接头运行(暂未考虑最大分接情况)。

5) 不考虑辅机电动机反电势对母线残压的影响。

2 典型火电厂辅机低电压穿越能力分析

2.1 哈三A、B厂

哈三A厂2台30万kW机组和哈三B厂2台60万kW机组占哈尔滨地区总装机容量的50%以上。因此哈三A厂和哈三B厂辅机的低电压穿越能力对电网的安全有着重要的影响。

2.1.1 哈三A厂

一般情况下，建筑施工选址应该按照当地的环境、气候、水质、地质条件等因素来选择。在建筑设计中，要确保不破坏当地的生态环境，同时还要做到合理运用有限资源，提高资源的利用效率。

哈三A厂有2台20万kW机组,每台机组都经1个高厂变带自身的厂用变压器和负荷,包括低厂变、排粉机、磨煤机、送风机、给水泵等,具体接线如图1所示。

图1 哈三A厂接线图

当哈三A厂220 kV系统发生三相短路故障时,母线电压故障时刻降为0 kV,电厂辅机的电压也会随之降低,分析不同开机方式下,哈三A厂辅机的电压降低情况。方式一:G1、G2全开。方式二:G1开机。故障类型:母线三相短路故障,故障持续时间0.12 s。

不同方式下哈三A厂母线三相短路故障引起的电压降低如图2所示。哈三A厂发生母线三相短路故障,故障切除后电厂辅机电压跌落65%～68%,如表1所示。

2.1.2 哈三B厂

哈三B厂有2台60万kW机组,每台机组都经2个高厂变带自身的厂用变压器和负荷,包括低厂变、输煤变压器、除尘变压器、磨煤机、碎煤机等,具体接线如图3所示。

图2 不同方式下哈三A厂母线三相短路 故障引起的电压降低

表1 哈三A厂发生电网故障时厂用电压情况

图3 哈三B厂接线图

当哈三B厂220 kV母线发生三相短路故障时,母线电压故障时刻降为0 kV,电厂辅机的电压也会随之降低,分析不同开机方式下哈三B厂辅机的电压降低情况。方式一:G3开机。方式二:G3、G4全开机。方式三:G3、G4各发电40万kW。方式四:G3发电40万kW;G4发电60万kW。故障类型:母线三相短路故障,故障持续时间0.12 s。

不同方式下哈三B厂母线三相短路故障引起的电压降低如图4所示。

图4 不同方式下哈三B厂母线三相短路 故障引起的电压降低

2.2 鹤岗B厂

鹤岗B厂有1台60万kW机组,下经1个高厂变带自身的厂用变压器和负荷,包括厂用工作变、检修变、输煤变、除尘变等,具体接线如图5所示。当鹤岗B厂500 kV母线发生三相短路故障时,母线电压故障时刻降为0 kV,电厂辅机的电压也会随之降低,分析不同方式下鹤岗B厂辅机的电压降低情况。方式一:故障持续时间0.12 s。方式二:故障持续时间0.5 s。

表2 哈三B厂发生电网故障时厂用电压情况

图5 鹤岗B厂接线图

不同方式下鹤岗B厂母线三相短路故障引起的电压降低如图6所示。

图6 不同方式下鹤岗B厂母线三相短路 故障引起的电压降低

鹤岗B厂发生母线三相短路故障,故障切除后电厂辅机电压降低程度为68%～75%,如表3所示。

表3 鹤岗B厂发生电网故障时厂用电压情况

2.3 七台河电厂

七台河电厂共有发电机组4台,分别为2台35 万kW机组(G1、G2)和2台60万kW机组(G3、G4)。电厂出线较为复杂,G1、G2可经220 kV或500 kV母线并网发电,G3、G4经500 kV母线并网发电,具体接线方式如图7所示。

图7 七台河电厂接线图

七台河电厂的4台发电机组都经1个高厂变带自身的厂用变压器和负荷,包括工作变、除尘变、输煤变、照明变等。当七台河厂220 kV母线或500 kV母线发生三相短路故障时,母线电压故障时刻降为0 kV,电厂辅机的电压也会随之降低,根据黑龙江省电网运行方式的规定,分析七台河厂不同开机方式下,辅机的电压降低情况。故障方式如表4所示,220 kV母线故障切除时间0.2 s,500 kV母线故障切除时间0.12 s。

表4 故障方式

注:分裂运行即为1台600 MW机组和1台350 MW机组通过七云甲乙线并网;另1台350 MW机组通过七河线、七民线并网。

不同方式下七台河厂500 kV母线三相短路故障引起的电压降低如图8所示。

图8 不同方式下七台河厂500 kV母线三相短路故障引起的电压降低

七台河电厂发生220 kV母线三相短路故障,故障切除后在不同的开机方式下,220 kV母线下电厂辅机电压降低程度为64%～68%,如表5所示;500 kV母线发生三相短路故障,故障切除后在不同的开机方式下,500 kV母线下电厂辅机电压降低程度为62%～67%,如表6所示。

表5 七台河厂220 kV母线发生电网故障时厂用电压情况

表6 七台河厂500 kV母线发生电网故障时厂用电压情况

3 结 论

1) 哈三A厂220 kV母线发生三相短路故障时,电厂辅机电压跌幅约为65%～68%,6 kV母线电压最大跌幅为66%,380 V母线电压最大跌幅为68%。

2) 哈三B厂220 kV母线发生三相短路故障时,电厂辅机电压跌幅约为70%～71%,6 kV母线电压最大跌幅为70%,380 V母线电压最大跌幅为71%。

3) 鹤岗B厂500 kV母线发生三相短路故障时,电厂辅机电压跌幅最大约为75%,6 kV母线电压最大跌幅为74%,380 V母线电压最大跌幅为75%。

4) 七台河电厂220 kV母线发生三相短路故障时,电厂辅机电压跌幅约为64%～68%,6 kV母线电压最大跌幅为65%,380 V母线电压最大跌幅为68%;七台河电厂500 kV母线发生三相短路故障时,电厂辅机电压跌幅约为62%～67%,6 kV母线电压最大跌幅为65%,380 V母线电压最大跌幅为67%。

5) 黑龙江省火电厂出口侧电网故障时,厂用电电压跌幅约为62%～75%,电压等级越低,则电压跌幅越大。考虑到应留有适当的裕度,火电厂辅机低电压穿越能力指标可设为0.2 p.u.。

[1] 于海洋,何方波,武国良,等. 基于阻抗分压法的风电机组低电压穿越能力试验研究[J]. 黑龙江电力,2013,35(6):532-534. YU Haiyang,HE Fangbo,WU Guoliang,et al. Test on low voltage ride through of wind turbines based on impedance partial pressure[J]. Heilongjiang Electric Power,2013,35(6):532-534.

[2] 王阳. 基于CROWBAR的双馈感应发电机低电压穿越的仿真研究[J]. 黑龙江电力,2012,34(4):273-277. WANG Yang.Simulation of low voltage ride through of doubly-fed induction generator based on Crowbar[J].Heilongjiang Electric Power,2012,34(4):273-277.

[3] 刘耀远,曾成碧,等.基于CROWBAR的双馈感应发电机低电压穿越的仿真研究[J].电力系统保护与控制，2014，42(13)：77-82. LIU Yaoyuan,ZENG Chengbi,et al.Study on low-voltage ride through control strategy of photovoltaic system based on super-capacitor[J].Power System Protection and Control,2014,42(13):77-82. [4] 许阳盛.火电厂辅机状态检修关键技术及应用特点研究[J].能源与节能,2012,15(9):38-41. XU Yangsheng.Research on thermal power plant auxiliary equipment state maintenance key technique and its application[J].Shanxi Energy and Conservation,2012,15(9):38-41.

[5] 庞胜汉,姜伟. 防低电压穿越装置在给煤变频器上的应用[J]. 电气技术,2013(3):89-93. PANG Shenghan, JIANG Wei. Application of anti-lvrt device in coal-feeding inverter[J].Electrical Engineering,2013(3):89-93.

[6] 张东明,姚秀萍,王维庆,等. 含低电压穿越电源的火电厂辅机变频器的研究[J]. 华东电力,2016,41(6):1345-1347. ZHANG Dongming,YAO Xiuping,WANG Weiqing, et al. Thermal power plant auxiliary equipment frequency changer using low voltage ride through power source[J]. East China Electric Power,2016,41(6):1345-1347.

(责任编辑 郭金光)

Ability analysis of Heilongjiang power grid typical thermal power plant auxiliary equipments low voltage ride-through

GUO Jiangtao, HU Yuanting, XU Bingliang, GUO Niao, LIU Jin

(1. Dispatching Control Center, State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150090, China;2. Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

Thermal power plant auxiliary equipments adopt converter technique mostly, It doesn’t have the ability of low voltage ride-through. It will result in safe hidden trouble of losing high capability electrical source. It is baneful for safe and stable running of the whole power system. Considering the severe influence and result which be brought by low voltage ride-through. Aiming at the actual operating mode of Heilongjiang power grid, this paper takes Heilongjiang province four typical thermal power plant as studying objects. Analyzing the voltage dip level of thermal power plant auxiliary equipments after happening 220 kV and 500 kV system three-phase short-circuit fault. Putting forward the estimate index of the ability of thermal power plant auxiliary equipments low voltage ride-through.

Heilongjiang Grid; thermal power plant; auxiliary equipment; low voltage ride-through; voltage dip

2015-11-23。

郭江涛(1964—),男,高级工程师,主要从事电力调度生产运行工作。

TM761

A

2095-6843(2016)02-0109-05