摘 要： 針對出線側帶并聯電抗器的大型火電機組進行并網核相試驗時遇到的特殊問題，提出了以發電機作為核相電源，進行兩待并系統核相的新方法。對試驗方案進行仿真模擬，對試驗過程中各電量的變化進行考查，并對各設備保護的定值整定和投入進行論證。最后在核相試驗過程中采取綜合措施順利解決勵磁系統參數配合問題，圓滿完成核相試驗。
關鍵詞： 核相試驗；零起升壓；并聯電抗器
0 引言
相序、相位不同的兩電源系統合環時，將會造成嚴重的短路事故，因此，新投運電廠必須結合現場設備特點和實際接線進行核相試驗，預防此類事故發生[1-2]。目前，甘肅省內600 MW及以上大型火電機組均采用單元接線方式接入750 kV超高壓電網，并在出線處接入并聯電抗器以補償長線路的對地電容。在大容量并聯電抗器接入情況下，進行核相試驗時必須考慮并聯電抗器的過補償效應。本文以大唐景泰電廠核相試驗的技術研究與實踐為基礎，總結出線側帶并聯電抗器的大型火電機組并網核相試驗新方法。
1 核相新技術
新建發電機組并網前，都要進行核相試驗[3]。一般情況下，發電廠與電網核相試驗采用線路側提供核相電源，以倒充主變的方式進行。景泰電廠所接750 kV景白線由于線路較長，考慮到系統穩定和設備安全，不宜采用倒充主變方式。考查景泰電廠一次接線，決定采取以發電機為核相電源，升壓帶起主變高側PT和線路側PT進行核相。景泰電廠一次接線方式如圖1所示。
由景泰電廠出線結構可知，線路并聯電抗器位于主變高壓側PT和線路側PT之間，且其容量達300 MW，因而以此種方式核相必須考慮電抗器過補償效應的影響。首先，必須對發電機帶電抗器升壓過程中電流電壓變化情況有準確的認識，確保此種核相方式不影響設備安全[4]。其次，必須對這種方式下發電機保護、電抗器保護定值和保護投退進行論證，確保繼電保護起到應有作用[5]。最后，勵磁系統以空載情況為依據對零起升壓相關參數進行限定，必須在核相過程中采取綜合措施解決勵磁系統參數配合問題。
2 電抗器模型
圖2所示為并聯電抗器的物理模型，其中u為外加的正弦電壓，2分別為主磁通、漏磁通、經過旁軛的磁通，im是激勵電流，e為線圈的感應電動勢。
相應的電路與磁路方程為：
其中，i1為磁化電流，分別為主磁通與漏磁通的磁導，L1、L分別為主電感和漏電感。
根據電磁感應定律與基爾霍夫電壓定律得：
圖3為并聯電抗器的等效電路，其中rFe為鐵耗等效電阻，r為線圈繞組，Lgap、Lnon分別為氣隙電感和鐵心電感。
激勵電流包括磁化電流與鐵耗電流，即：
其中，
電感又可等效為氣隙電感和鐵心電感，即：
L1=Lgap+Lnon（9）
由圖2與圖3及式（1）~（9）能夠對電抗器的各個電氣量有準確的認識，使繼電保護的整定與后期的核相工作有可靠的理論支持。
3 仿真論證
以發電機作為單一電源進行核相試驗，擬采取的實驗步驟如下：打開線路側連接，主開關處于斷位，發電機進行空載零起升壓，待電壓穩定于某一值后，合主開關，帶起主變高側PT和線路側PT。此核相試驗過程中，機端將突加300 MW并聯電抗器負載，可能會產生較大的暫態電流。因此，應首先對這種核相方式下主變高壓側電流、電壓進行仿真研究，對各量變化情況有準確的認識，為繼電保護的定值整定和配置提供可靠參考[1]。以PSCAD/EMTDC為平臺，對試驗過程中的電流、電壓變化情況進行仿真。
PSCAD/EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC System）軟件包是目前世界上較廣泛使用的一種電力系統分析軟件，其主要功能是進行電力系統時域和頻域計算仿真，典型應用是計算電力系統遭受擾動或參數變化時電參數隨時間變化的規律。根據景泰電廠一次接線情況，搭建仿真電路如圖4所示。
仿真模擬發電機空載升壓至額定值后，合主開關，考查此過程中主變高側暫態電流的大小以及主變高側電壓的變化情況。仿真過程未考慮勵磁系統特性，設定機端電壓在一個周波后升至額定值，且各元件均設置為理想元件。電流、電壓仿真波形圖如圖5所示。
由圖5可見，電流在合閘瞬間出現最大瞬態值1.2 kA，并在大約兩個周波后穩定于0.1 kA（峰值）。根據仿真結果分析保護的定值整定情況：依調度定值單，景泰電廠主變復壓過流保護未用，故不考慮此項保護；電抗器過流保護定值為300 A，動作延時為1.5 s，雖然此突增暫態電流大于電抗器過流保護動作值，但其衰減速度很快，故電抗器保護亦不會誤動；并且此電流對于發電機、主變、電抗器均為穿越性電流，差動保護可靠不動作。據以上分析可知，此核相方法對各設備電流保護不構成影響，可以在不修改定值的情況下進行試驗。
保護配置方面，除發變組、電抗器相關保護應全數投入外，由于主開關到電抗器高端這一段線路包含于線路保護中，故線路保護中除線路差動保護外的部分亦應投入，以期對帶電范圍內所有部分進行充分保護[5]。
4 核相新技術應用
發電機空載升壓至50%Ue（10 kV），合上發電機出口斷路器。之后，機端電壓下降至10%Ue（2 kV），調節器自動升壓，當上升至25%Ue（5 kV）時，勵磁調節器報“復勵故障”信號，滅磁開關跳開，勵磁系統退出運行。
分析故障原因：“復勵故障”信號代表蓄電池復勵時間超過了CMPD MAX TIME（307）的設定，即在復勵時限內，機端電壓未能升至設定值。調節器默認在機端電壓降至10%Ue時再次投入起勵電源，以復勵方式運行。可見電抗器負載的接入大幅拉低了機端電壓，而此期間調節器自動升壓步長較小，電壓不能在給定時限內恢復，導致復勵方式投入時間超過了限值，從而報出“復勵故障”。
為使發電機在復勵時限內能夠成功帶起并聯電抗器，必須縮短從零起到電壓穩定于50%Ue的時間。有兩種手段可達到這一目的，其一為修改勵磁系統限制值。檢查CMPD ON LEVEL（306）、CMPD MAX TIME（307）和SUPPLY MODE（901）三個參數的設置：參數CMPD ON LEVEL（306）固化設為10%，現場無法修改；參數CMPD MAX TIME為直流復勵回路投入時間，考慮到復勵回路容量很小，長時間投入可能會使其燒毀，故此定值也無法修改。于是考慮第二種手段，即合斷路器帶起電抗器后，在復勵時限內加快發電機機端電壓的回升速度。本文決定采取勵磁調節器自動升壓的同時手動增磁的辦法，以期在復勵時限之內恢復機端電壓。再次開始試驗，仍建壓至50%Ue，在合斷路器后立即開始手動增磁，此次發電機機端電壓成功穩定在50%Ue，而且勵磁系統各參數亦均在限值范圍以內。發電機成功帶起300 MVar電抗器負荷，電壓保持穩定，調試人員立即開始進行二次電壓核相。
以勵磁調節器自動升壓的同時手動增磁的方式，在勵磁調節器各時限定值以內，帶起300 MVar電抗器負荷，并使電壓保持穩定。此時線路側PT與主變高側PT接入同一電源系統，在兩PT的二次側測量同名端子和非同名端子的電壓差值，其相別測量關系如表1所示。
可見系統側和發電機側電壓相序完全一致，兩個待并電源系統符合合環條件，核相試驗順利完成。
5 結論
發電機作為核相電源，帶并聯電抗器負載進行主變高側PT和線路PT核相的試驗方式在省內尚屬首次。本文對試驗過程中各電壓電流量變化情況進行仿真，研究分析其對發電機和電抗器保護的影響，提出詳細實施方案，在實施過程中對機端電壓和勵磁系統響應進行詳細分析，適當修改勵磁系統限值參數，最終順利完成核相試驗。本文方法為今后其他類似一次出線結構電廠的核相工作提供了有益參考。
參考文獻
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