大容量变压器投运对相邻机组的影响及应对策略

2020-12-22张光庆

中国设备工程 2020年23期

张光庆

（淮北申皖发电有限公司，安徽淮北 235000）

平山电厂一期设计安装两台660MW 超超临界燃煤发电机组，2016 年已转入商业运行。二期设计安装1 台1350MW超超临界燃煤发电机组，预计2020 年转入商业运行，发电机均为上海汽轮发电机有限公司制造。其中1#、2#、3#机组主接线方式均为发电机-变压器组单元接线，经主变升压后接入厂内500kV 升压站。1#、2#机组采用3/2 接线方式，经完整串与500kV 连接；3#机组经不完整串两台开关与500kV连接。三台发电机出口均设GCB，励磁系统均为ABB 公司的UN6800 静态励磁系统。三台主变均安装涌流抑制器。

3#机主变倒送电期间进行了7 次充电试验，充电瞬间1#、2#机组出现发电机机端电压、励磁电压、励磁电流、无功功率波动等异常情况，影响机组安全稳定运行。现针对大容量变压器充电过程中对相邻机组的影响进行分析，提出抑制影响的策略，采取适当的措施，保证运行机组稳定。

图1 平山电厂500kV 升压站主接线图

1 设备参数及机组运行方式

图1 为平山电厂500kV 升压站主接线图，其中一期1、2#机组经主变分别接入500kV 系统第一、第二串，为正常运行方式；二期3#机组主变接入500kV 系统第三串不完整串，3 号主变充电前升压站500kV I 母、II 母电压为522kV。

平山一、二期3 台主变生产厂家均为特变电工衡阳变压器有限公司，其中，一期主变容量780MVA，二期主变容量1620MVA；3 号主变倒送电期间，1 号机组正常运行，2 号机组停运检修。3 号主变共进行7 次充电，由于主变容量大，尚无成熟经验可供参考，为降低对一期运行机组的影响，3号主变前三次充电时退出1 号机组AGC、AVC，后四次充电时，将AGC、AVC 投入自动方式。

2 3 号主变充电前后相邻机组运行参数的变化

按照二期倒送电调试方案，倒送电期间3 号主变共计冲击7 次，以此验证倒送电范围内一次设备的绝缘耐受性能，校核一次、二次设备接线的正确性。鉴于涌流抑制器自身结构性能特点，3 号主变前三次冲击过程中虽然投运但未起作用。由表1 各参数变化可以看出前三次充电瞬间对1 号机组影响较大。从第四次开始涌流抑制器投入运行，由表2 各参数变化看出后四次充电瞬间对1 号机组影响明显减小。

表1 3 号主变充电瞬间1 号机组运行参数变化（前三次）

表2 3 号主变充电瞬间1 号机组运行参数变化（后四次）

3 3号主变充电对相邻运行机组的影响分析

当大容量变压器空载充电时，产生强大的励磁涌流，一般可达到额定电流的4 ～7 倍，励磁涌流呈感性电流，需要消耗系统的无功来建立磁场，这样就降低了系统的电压，也会降低在同一条母线上的变压器和发电机组的电压，而对于发电机就需要增加励磁提供无功功率，维持机端电压。对于暂态过程来说，发电机电压下降后，必然引起功角的增加，由于惯性的存在，功角必然波动，这样就会导致有功功率的波动，呈现衰减振荡波形，经过几次振荡后逐步平稳，恢复到给定参数。特别是大容量的变压器空载充电时，其引起的波动持续时间较长，必然会影响相邻机组的正常运行。

3.1 励磁涌流的产生

电力系统中变压器在空载合闸送电时产生的合闸冲击电流称为励磁涌流。产生励磁涌流的大小和主变送电时的合闸电压相位角和主变剩磁等因素有关。励磁涌流产生原理如图2 所示。

图2 磁通与励磁涌流关系

设系统电压为：

3.2 相邻机组参数波动

主变空载送电导致机端电压突然降低，机端电压差突增。由于电压调节器的恒机端电压采用闭环比例积分微分调节，被控量机端电压很快稳定，因此，励磁电压也很快稳定。励磁电流在感性回路中，相应的电压图增量阶跃变化按照发电机负载励磁绕组时间常数上升，由于励磁电压的回落趋稳变化，因此造成励磁电流衰减振荡。

励磁绕组回路任意时刻励磁电压Ur 满足基本阻感回路电压方程：

其中，If为励磁电流，Rf为励磁绕组电阻，L 为励磁绕组电感。

其中，f 为励磁电流频率，N 为变压器匝数；

励磁电流If的振荡造成励磁电势E 的振荡。机端电压U的趋稳造成定子电流Ig、功角θ 及功率因数角的振荡，因此有功功率P 发生振荡，以便维持机端电压U 的稳定性。

可见，在机端电压下降过程中，真正发生阶跃变化的是励磁电压Uf。由于电压调节器的恒机端电压采用闭环比例积分微分调节，机端电压U 和无功功率Q 很快趋稳，励磁电压Uf阶跃之后迅速回落趋稳，励磁电流If振荡趋稳，进而造成励磁电势E 振荡。为了维持电压的实时稳定性，电流Ig、功角θ 及功率因数角的振荡，因此有功功率P 振荡，无功功率Q 上升后稳定。