王群育

（大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司，河北 邯鄲 056044）

河北省南部電網(wǎng)（簡稱“河北南網(wǎng)”）以220kV電網(wǎng)和500kV電網(wǎng)構(gòu)成主網(wǎng)架，通過500kV主干線路分別與京津唐、山西、山東、華中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，潮流格局為南電北送、西電東送。由于高壓、超高壓輸電線路電壓高、距離長，采用分裂導(dǎo)線傳輸，線間及線對地間的電容不斷增大，線路的容性充電功率很高，尤其在低谷輕載時(shí)，容性無功功率過剩，引起線路電壓較高。除線路采用并聯(lián)電抗器消除部分無功功率外，其余還需要并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行吸收系統(tǒng)的無功功率。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，并網(wǎng)機(jī)組容量逐漸增加，低谷期間并網(wǎng)發(fā)電機(jī)低無功功率和進(jìn)相運(yùn)行的趨勢勢在必行。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信與自動(dòng)控制技術(shù)，從電網(wǎng)全局對電網(wǎng)無功潮流和發(fā)電機(jī)組無功功率進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤、協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠母線電壓和無功功率的自動(dòng)控制，使區(qū)域電網(wǎng)的無功潮流合理分布，降低電網(wǎng)功率損耗，提高電壓質(zhì)量，增強(qiáng)大電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 AVC系統(tǒng)的控制方式分析

在AVC系統(tǒng)中，調(diào)度中心主站根據(jù)各電壓中樞點(diǎn)的電壓和電網(wǎng)無功潮流的分布情況進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，向發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠下發(fā)優(yōu)化后電壓指令，發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)子站通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接收省調(diào)AVC系統(tǒng)主站下發(fā)的220kV母線電壓調(diào)整量和220kV出線側(cè)母線電壓調(diào)整量。根據(jù)該值計(jì)算對應(yīng)機(jī)組無功功率需求值，在充分考慮幾種約束安全穩(wěn)定的條件后，由上位機(jī)計(jì)算出對應(yīng)的控制脈沖寬度，下發(fā)至AVC系統(tǒng)執(zhí)行終端（下位機(jī)），輸出增、減磁脈沖信號直接給發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流以調(diào)節(jié)機(jī)組的無功功率，從而使220kV母線電壓達(dá)到主站的要求值。

2 發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)的控制方案

在發(fā)電廠側(cè)建立AVC系統(tǒng)子站（中控單元），同時(shí)在發(fā)電機(jī)側(cè)增設(shè)執(zhí)行終端機(jī)（下位機(jī)），與調(diào)度中心主站共同組成AVC系統(tǒng)，以“主站－子站”星型網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行。

a.主站與子站之間通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)）互聯(lián)并完成信息交換。河北省調(diào)度中心AVC系統(tǒng)主站根據(jù)系統(tǒng)電壓及無功功率分布，定時(shí)計(jì)算各受控點(diǎn)高壓側(cè)母線電壓目標(biāo)，并將目標(biāo)指令下發(fā)到發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)子站，指令采用遙調(diào)方式下達(dá)。具體下達(dá)方式為：主站每隔一段時(shí)間（不超過15min），以通信方式向發(fā)電廠RTU發(fā)送遙調(diào)量指令，電廠RTU將遙調(diào)量轉(zhuǎn)換為一路4～20mA模擬量輸出，使用光纜送至AVC系統(tǒng)子站的模擬量采集單元，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后以通信方式將轉(zhuǎn)換結(jié)果送至AVC系統(tǒng)中控單元，解析后得到主站下發(fā)的遙調(diào)量，根據(jù)下述指令約定獲得母線電壓目標(biāo)指令。為確保AVC系統(tǒng)中控單元與調(diào)度主站獲取數(shù)據(jù)源一致，RTU實(shí)時(shí)采集電廠機(jī)組的有功功率、無功功率、機(jī)端電壓、機(jī)端電流和母線電壓等數(shù)據(jù)，并上傳至調(diào)度中心，AVC系統(tǒng)中控單元還將內(nèi)部狀態(tài)信號（如增閉鎖、減閉鎖、自檢等）通過開關(guān)量輸出方式送至RTU端，調(diào)度可從RTU端獲取系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息。

b.AVC系統(tǒng)中控單元與執(zhí)行終端之間通過RS485總線連接，中控單元根據(jù)接收到的電壓目標(biāo)指令計(jì)算各機(jī)組無功出力需求，以機(jī)組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號作為參考量，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）電壓給定值，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)指令的自動(dòng)跟蹤和控制。

c.執(zhí)行終端需要將系統(tǒng)運(yùn)行中的增閉鎖、減閉鎖、自檢、運(yùn)行、通信情況等狀態(tài)信號輸出至DCS系統(tǒng)，同時(shí)將增、減磁控制信號經(jīng)DCS系統(tǒng)輸出至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；或者直接將控制信號（增、減磁）輸出至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器將自動(dòng)信號以開關(guān)量輸入方式接至執(zhí)行終端的AVR組。

d.各機(jī)組無功功率分配時(shí)，應(yīng)保證各機(jī)組機(jī)端電壓在安全極限內(nèi)，同時(shí)各機(jī)組盡可能同步變化，保持相似的調(diào)控裕度。

e.在系統(tǒng)故障或受到擾動(dòng)情況下，母線電壓和無功出力可能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。為防止對系統(tǒng)和機(jī)組造成干擾，AVC系統(tǒng)及時(shí)閉鎖控制出口，由機(jī)組AVR根據(jù)自身邏輯進(jìn)行反應(yīng)，避免出現(xiàn)誤調(diào)節(jié)、頻繁調(diào)節(jié)、振蕩調(diào)節(jié)及其他非理性調(diào)節(jié)的情況。

f.當(dāng)AVC系統(tǒng)異?；蚣s束條件成立時(shí)，AVC系統(tǒng)的功能自動(dòng)退出，并遙控輸出一個(gè)無源接點(diǎn)信號至調(diào)度中心以及發(fā)電廠。

3 發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

AVC系統(tǒng)在各發(fā)電廠的應(yīng)用中普遍遇到一些問題，以下以大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司（簡稱“馬頭發(fā)電公司”）為例進(jìn)行分析探討。

3.1 系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性

在電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)單機(jī)對無限大容量系統(tǒng)的輸出功率為P＝EqUsinδ/Xd，其中，Eq為發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢；U為系統(tǒng)電壓；δ為發(fā)電機(jī)功率角；Xd為發(fā)電機(jī)電抗。

當(dāng)發(fā)電機(jī)無功功率過低或進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，在輸出有功功率不變的前提下，隨著勵(lì)磁電流的減小，Eq減小，δ減小，從而使發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性降低。經(jīng)過理論計(jì)算，機(jī)組的最大功率角為90°，考慮發(fā)電機(jī)接入系統(tǒng)的電抗，確定發(fā)電機(jī)的功率角極限不超過70°。馬頭發(fā)電公司7、8號機(jī)組均經(jīng)過進(jìn)相試驗(yàn)，進(jìn)相運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)為0.95～0.97，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到靜態(tài)穩(wěn)定極限值。系統(tǒng)發(fā)生故障后引起振蕩，電氣參數(shù)變化過快則AVC系統(tǒng)自動(dòng)退出，AVR相應(yīng)系統(tǒng)電壓和機(jī)端電壓的變化自動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)磁動(dòng)作，維持系統(tǒng)的電壓水平。經(jīng)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性是可靠的。

3.2 機(jī)組運(yùn)行的安全性

以發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行極限作為AVC系統(tǒng)的限制條件，使機(jī)組運(yùn)行在P－Q靜態(tài)穩(wěn)定限制范圍之內(nèi)，確保機(jī)組的安全穩(wěn)定。以母線電壓、發(fā)電機(jī)出口電壓的最高值和最低值限制AVC系統(tǒng)的調(diào)整范圍，避免電壓過高造成發(fā)電機(jī)、主變壓器過激磁。AVC系統(tǒng)投入運(yùn)行后與發(fā)電機(jī)AVR的性能相配合，AVR低勵(lì)磁限制需要與進(jìn)相深度良好配合，AVC的減磁閉鎖定值高于AVR低勵(lì)磁限制的無功功率，避免機(jī)組失磁；AVC的增磁閉鎖定值低于AVR過勵(lì)限制定值，避免機(jī)組過激磁。當(dāng)發(fā)電機(jī)變壓器組或AVR故障時(shí)，AVC系統(tǒng)自動(dòng)判斷并退出運(yùn)行，AVR按規(guī)定進(jìn)行動(dòng)作。

3.3 發(fā)電機(jī)端部的溫度

當(dāng)發(fā)電機(jī)由遲相倒進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，其端部定轉(zhuǎn)子漏磁增大，會(huì)引起發(fā)電機(jī)端部鐵心溫度升高，尤其是定子端部鐵心的齒部、壓指、壓圈等部件。因此，在機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)對發(fā)電機(jī)鐵心和線棒溫度測點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)視，不允許超額定運(yùn)行，還應(yīng)加強(qiáng)氫冷系統(tǒng)的疏通和調(diào)整，冷氫溫度嚴(yán)格控制在30～40℃，確保良好的冷卻效果，同時(shí)，機(jī)組檢修時(shí)要重點(diǎn)檢查端部鐵心和繞組的磨損情況及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)、維護(hù)。

3.4 發(fā)電機(jī)出口和廠用母線電壓

發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)無功功率倒流，發(fā)電機(jī)出口電壓和廠用母線電壓會(huì)有所降低，但基本維持在額定電壓的95%以上，正常運(yùn)行時(shí)可滿足輔機(jī)動(dòng)力的運(yùn)行要求。馬頭發(fā)電公司增容改造機(jī)組的部分重要?jiǎng)恿?，存在著超額定功率超額定電流的現(xiàn)象，運(yùn)行中采取了以下措施。

a.合理調(diào)整廠用電運(yùn)行方式，使大動(dòng)力分別布置在不同的母線上，維持母線電壓在較高水平。

b.檢查機(jī)械回路超功率的原因，從根本上消除影響因素。

c.若廠用母線電壓長期運(yùn)行在額定值及以下，適當(dāng)將廠用變壓器分頭調(diào)高，提高相應(yīng)的母線電壓到額定值。

d.依據(jù)國由發(fā)［1999］579號《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定，發(fā)電機(jī)出口電壓必須在額定電壓的±10%范圍內(nèi)。適當(dāng)降低主變壓器的高壓分頭，確保U＊＜1，使機(jī)組多發(fā)無功功率，提高廠用變壓器和廠用母線的電壓，但必須進(jìn)行發(fā)電機(jī)和主變壓器的過激磁校驗(yàn)。

4 結(jié)論

通過AVC系統(tǒng)在電網(wǎng)中推廣應(yīng)用，可使根據(jù)系統(tǒng)無功潮流的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)（并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組的無功功率），電壓質(zhì)量明顯得到提高，電網(wǎng)線損逐步下降，電廠運(yùn)行人員和調(diào)度人員的調(diào)整工作量也大大減少，但對發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性、勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)速度和廠用系統(tǒng)運(yùn)行提出了更高的要求。因此，發(fā)電廠需要針對AVC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性和電網(wǎng)調(diào)壓特點(diǎn)，采取技術(shù)措施解決影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的幾項(xiàng)主要問題。