6.6kV柴油发电机并网运行分析

杨光+戴永亮

摘 要：红沿河核电6.6kV应急柴油发电机组与电网并联运行时，由于电网容量非常大，无论柴油发电机组流入还是流出多大的有功和无功功率，电网的电压和频率都将保持恒定不变；其并网运行的特点归纳如下：①柴油发电机组的频率和电压由他所连接的LHA系统的6.6kV母线电压和频率决定；②柴油发电机提供给电网的有功功率由柴油机的调速器的设定点决定；③柴油发电机提供给电网的无功功率由其励磁电流控制。

关键词：并网；并列；负载

中图分类号： TM314 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）05-181-2

0 引言

在CPR1000核电机组的核安全性要求下，为满足核电机组冗余电源的可靠性要求，会定期对6.6kV柴油发电机组进行并网带载试验，以确保柴油发电系统一直处于可用状态，为了能更好地完成现场柴油发电机组的调试与后期维护任务，满足现场设备功能运行可用，因此必须对柴油发电机组的并网运行过程进行深入的研究分析，以达到现场运行维护的要求。

1 6.6kV柴油发电机组参数简介

CPR1000核电机组应用的6.6kV应急柴油发电机是隐极同步发电机，额定转速1000rpm，额定电压6.6kV，频率50Hz，额定功率6.3MW，功率因数0.8。

2 6.6kV柴油发电机组并网运行分析

当应急柴油发电机组与6.6kV母线LHA/B并网运行后，由于6.6kV母线LHA通过6.6kV母线LGB到LGA升压至24kV再通过主变压器GEV升压至500kV与电网并联运行，且500kV母线容量非常大，无论柴油发电机组流入还是流出多少有功或无功功率，电网的电压和频率都将保持不变，而且柴油发电机组的频率和电压会与电网电压和频率相同。柴油发电机的频率会保持在50Hz。柴油发电机的输出端电压会与系统电压相同保持在并网后的系统电压，一般在6.6kV左右。

为理解柴油发电机与电网并联过程，参见下图1柴油发电机组的并网简图。柴油机是通过在主控室的同期小车900PP，将柴油机的出线开关LHA002JA闭合（并网点），实现柴油机与电网并列运行，当柴油发电组与LHA母线并联时，由于LHA母线与电网中的所有发电机组的输出端相当于并联在一起，所以要求各发电机组的频率与电压必须相同。

2.1 初始并网过程

当柴油发电机组与6.6kV母线LHA并列运行之前，同期并网操作人员会将发电机的频率调整到比电网系统运行频率稍高一些的频率运行，并调整柴油发电机的电压差、相角差、频差在允许并网范围内（ΔU：18V；Δf：0.25Hz；Δφ：20°），完成并网操作，并网成功后，实际上柴油发电机组是“悬浮”在线路上的，柴油发电机组产生很少的有功功率，产生很小或者不产生无功功率。

如果柴油发电机组不是在稍高于系统运行频率的情况下执行并网，而是在稍低于系统频率的情况下进行并网，当完成并网后， 发电机的空载频率小于系统运行频率并入电网，发电机产生负的有功，也就是说，当柴油发电机的空载频率低于系统运行频率接入电网后，发电机实际上是作为电动机运行而消耗系统有功功率，如果通过调速旋钮将发电机的频率调至高于系统运行频率，这样就可以保证发电机组并入6.6kV母线LHA后能够提供有功功率，而不是消耗有功功率。为防止柴油发电组作为电动机组运行，在柴油发电机组内增设了逆功率保护（5%，2.4S）功能，如果出现并网后，柴油发电机吸收电网的有功功率，当有功功率至315kW时，延时2.4s会发出跳机命令。使柴油发电机与LHA母线解列停机，以防止对柴油发电机组造成更大的伤害。

2.2 并网运行过程分析

当柴油发电机组并入LHA母线以后，调节柴油发电机的转速旋钮LHP007CC，使之转速增加，将会使柴油发电机的空载频率升高，因并网以后的频率是不能改变的，因此发电机提供的有功功率会增加，见图2并网后有功功率增加的有功—频率特性曲线与图3频率—有功特性向量图。

根据上图2中的频率—有功特性曲线，初始带负载时柴油发电机频率fG1对应的有功功率为PG1，当通过转速旋钮007CC增加柴油发电机的转速至频率至fG2时，由于系统频率不会改变，柴油机发出的有功将会增大到fG2曲线所对应的有功功率PG2，柴油发电机的输出功率从PG1增加到PG2，同理，如果继续增加柴油发电机的转速，频率增加到fG3，所对应的有功功率会增加到PG3。

由于发电机的有功功率P=UT·E·sinδ/XS，单绕组的输出电压E=·Π·NC·Φ·f，又因为励磁电流不变，转子磁场不变，又因为发电机转速不变，所以E保持不变，又因为系统电压UT不变，由图3可知，增加柴油发电机的转速会使E·sinδ（δ为发电机绕组输出电压与电网系统电压之间的相角）增加，其实也就是δ增加，这样有功功率就会增大。如果继续增加发电机转速，将会再增大，同时有功功率也会进一步增大。由于电网可以提供和消耗任意有限量的有功功率而仍保持频率不变，所以超出的有功功率会被电网消耗掉。

当柴油发电机刚并入LHA母线时，这时发电机实际上是运行在功率因数略微超前的状态，会从电网吸收一部分无功功率，为使功率因数保持在0.8，為电网发出适量的无功功率，就需要进行一定的励磁调节过程，首先假设柴油发电机组不执行调速操作，则有功功率将保持不变，有功功率保持不变的理由是因为柴油机的调速器的任意设定值对柴油机都有固定的转矩—转速特性，只有在调速设定值改变时柴油发电机的转矩—转速特性才会改变，而且柴油发电机组并网以后，频率无法改变，现假设现场无调速操作，因此柴油发电机的有功功率会保持恒定。

在调节励磁电流时，如果不进行调速操作，发电机产生的有功功率保持恒定，这时增大励磁电流，磁通Φ增加，由于E=·Π·NC·Φ·f，所以发电机绕组输出电压E将增大，而E·sinδ必须为恒值，因为有功功率不变，见图4增加发电机励磁电流的向量图，则向量E的尖端只能在一条与恒定有功功率对应的直线上移动。

由于励磁电流Iex的增加，引起发电机电枢电压E增加，引起E与UT之间的夹角δ（简称功角）减小，从而使E·sinδ保持不变，有功功率保持在恒定值。由于并网初期，发电机会从电网吸收一定的无功功率Q=U·I·sinθ，（θ为UT与I的夹角），电流I超前系统电压UT，所以无功功率为负，随着励磁电流Iex的增加，发电机输出电流先减小后增加，使系统电压UT超前电流I运行，柴油发电机将从电网吸收无功功率的过程，向电网发出无功功率的过程转变，同时发电机的输出电流与无功功率也将继续增加。因此增加柴油发电机的励磁电流，就会使柴油发电机发出的无功功率增加。

3 结论

6.6kV柴油发电机组与大电网并联运行时，无论柴油发电机组对电网输出多大的有功功率与无功功率，系统的频率与转速都将保持恒定。