12號(hào)機(jī)組400V 廠用電壓合格率低的原因分析及改進(jìn)

吳 菡

（上海電力新能源發(fā)展有限公司，上海200010）

1 400 V 廠用電壓概況

為了滿足上海電網(wǎng)對(duì)減小220kV 供電系統(tǒng)短路容量的要求，2010年4月吳涇熱電廠將主變12 更換為高阻抗變壓器。系統(tǒng)故障時(shí)，高阻抗變壓器可有效限制短路電流，減輕對(duì)電網(wǎng)的危害。

然而，將主變12更換為高阻抗變壓器后，吳涇熱電廠出現(xiàn)了400V23段廠用電壓合格率降低的情況。廠用電壓合格率低會(huì)導(dǎo)致400V 母線上的設(shè)備長(zhǎng)期處于大電流的工作狀態(tài)，同時(shí)也會(huì)引起設(shè)備無法正常啟動(dòng)、設(shè)備燒壞等現(xiàn)象，對(duì)電氣設(shè)備的使用產(chǎn)生直接影響。因此，本文著重對(duì)引起廠用電壓合格率低的原因進(jìn)行調(diào)查分析。

2 400V 廠用電壓合格率低原因分析

我們通過對(duì)2010年5月—2011年1月的電壓點(diǎn)數(shù)取樣并對(duì)不合格原因進(jìn)行調(diào)查，得到統(tǒng)計(jì)表1（取樣點(diǎn)數(shù)為每月600點(diǎn)）。

表1 電壓不合格原因調(diào)查表

分析2010年7月的廠用電壓數(shù)據(jù)后，得到直方圖（圖1）。

圖1 2010年7月廠用電壓數(shù)據(jù)圖

400V 廠用電壓的額定值為400V，根據(jù)規(guī)定，400V 側(cè)母線電壓允許在±5%Ue范圍內(nèi)變化，即400V 母線電壓合格范圍為380～420V。400V 電壓標(biāo)準(zhǔn)為400V＋20－20，通過圖1中分布范圍B 與公差T 的比較以及分布中心μ 與公差中心M 的偏離程度可以看到，廠用電壓分布中心整體向左偏移，導(dǎo)致一部分電壓值低于標(biāo)準(zhǔn)值，過程能力不足。

造成廠用電壓低的原因有很多方面，例如發(fā)電機(jī)無功輸出不足、機(jī)端電壓低、主變帶高阻抗、變壓器變比不合適、超負(fù)荷運(yùn)行等諸多方面。

2.1 主變帶高阻抗

國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定新造電廠或擴(kuò)建項(xiàng)目主變壓器須為高阻抗，以減少發(fā)生短路時(shí)短路電流對(duì)電網(wǎng)的影響，但同時(shí)高阻抗變壓器也導(dǎo)致了電壓降的增大。《電力變壓器選用導(dǎo)則》中規(guī)定一般中小型變壓器的短路阻抗在4%～10%，大型變壓器短路阻抗在12.5%～17.5%，調(diào)查吳涇熱電廠12號(hào)主變的短路阻抗為21.35%，明顯高于標(biāo)準(zhǔn)值。由此可見，吳涇電廠主變壓器屬于高阻抗變壓器。

2.2 廠用系統(tǒng)無功消耗較大

廠用系統(tǒng)帶較大的負(fù)荷同樣會(huì)使得電壓降增大。調(diào)查12號(hào)機(jī)組400V 廠用系統(tǒng)帶有較多電動(dòng)機(jī)以及照明設(shè)備，使得廠用系統(tǒng)負(fù)荷較大。比較12號(hào)機(jī)組下所帶廠用23段與11號(hào)機(jī)組所帶廠用21 段母線消耗數(shù)值分別為120 600 var 和90 740var，12號(hào)機(jī)組廠用段無功消耗明顯偏大。

2.3 發(fā)電機(jī)無功輸出不足

為了調(diào)查發(fā)電機(jī)無功功率輸出與出口電壓的關(guān)系，我們查閱了《電力系統(tǒng)分析》無功功率與電壓水平關(guān)系圖（圖2）。

圖2 無功功率與電壓水平關(guān)系圖

從圖2中可以看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)電勢(shì)為一定值時(shí)，電壓由無功功率平衡點(diǎn)確定。因此，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，只要根據(jù)出口220kV電壓的變化情況，就能判斷發(fā)電機(jī)是否輸出了足夠的無功功率。

選擇Virtex-5系列XQ5FX70T芯片作為測(cè)試芯片，實(shí)驗(yàn)所用測(cè)試數(shù)據(jù)集為仿真數(shù)據(jù)集：待布局邏輯功能數(shù)量規(guī)模范圍[5,20]，抽取4組測(cè)試數(shù)據(jù)，每組測(cè)試數(shù)據(jù)所包含的各類資源數(shù)量通過隨機(jī)方式產(chǎn)生，為驗(yàn)證算法準(zhǔn)確性，取10次運(yùn)行時(shí)間的平均值作為測(cè)試結(jié)果.并且，每組測(cè)試數(shù)據(jù)保證至少3到10個(gè)邏輯功能包含BRAM資源，至少1到6個(gè)邏輯功能包含DSP資源.

查閱220kV 出口電壓數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 220kV 出口電壓數(shù)據(jù)

由表2中可以看出，220kV 出口電壓均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此發(fā)電機(jī)可以滿足系統(tǒng)無功平衡的需求。

2.4 變壓器變比不合適

調(diào)查12號(hào)機(jī)組下400V 母線所使用的廠變是無載調(diào)壓變壓器，故其無法自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，只能依靠擋位來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)功能。由于變壓器分接頭不合適可能導(dǎo)致電壓值整體偏低，因此我們對(duì)6kV 母線電壓進(jìn)行分析調(diào)查。

6kV母線電壓額定值為6.3kV，監(jiān)測(cè)2010年5月—2011年1月共9個(gè)月的電壓數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)6kV母線電壓平均值為6.1kV。根據(jù)規(guī)定，6kV側(cè)母線電壓允許在±5%Ue范圍內(nèi)變化，即6kV母線電壓合格范圍為5.985～6.615kV（圖3）。吳涇電廠6kV 母線電壓平均值為6.1kV，略低于額定電壓，但仍為合格電壓。

圖3 6kV 母線電壓合格范圍及實(shí)際值

通過觀察，廠用400V 母線電壓在變壓器各擋位下變化值如表3所示。

表3 廠用400V 母線電壓在變壓器各擋位下變化值

對(duì)廠變分接頭進(jìn)行調(diào)查驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，400V 廠用段直接相連的廠變變壓器分接頭擋位長(zhǎng)期固定在6 300/400側(cè)，使得廠用母線電壓與400V 標(biāo)準(zhǔn)相差較遠(yuǎn)。由圖表我們可以得出由于變壓器分接頭不合適直接導(dǎo)致了電壓偏低的結(jié)論。

2.5 調(diào)查結(jié)論

根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，我們找到了導(dǎo)致400V23段廠用電壓低的三個(gè)主要原因：

（1）變壓器帶高阻抗；

（2）廠用系統(tǒng)無功消耗大；

（3）變壓器變比不合適。

由于國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定新造電廠或擴(kuò)建項(xiàng)目主變壓器須為高阻抗，以減輕系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)故障電流對(duì)電網(wǎng)的影響，故我們暫時(shí)只考慮對(duì)（2）（3）兩條原因采取改進(jìn)措施。

3 解決方案和改進(jìn)措施

3.1 調(diào)節(jié)廠變分接頭

由于吳涇電廠廠變?yōu)闊o載調(diào)壓變壓器，變壓器分接頭固定不變。6kV 電壓平均值為6.1kV，根據(jù)上述圖表我們可以看出6 150/400是最適合該變壓器的擋位。因此將廠變分接頭從6 300/400擋位調(diào)整到6 150/400擋位是解決變壓器變比不合適的最佳方案。

3.2 優(yōu)化負(fù)荷以減小廠用無功消耗

3.2.1 更換節(jié)能照明設(shè)備

將廠段原來使用的真空鍍膜燈全部更換成節(jié)能型的照明設(shè)備。原真空鍍膜燈無功功率為99.4var，而新型電子節(jié)能燈的無功功率為16.43var。12 號(hào)機(jī)組廠用段共有真空鍍膜燈120套，因此更換節(jié)能燈節(jié)約的無功＝（99.4－16.43）×120＝9 956.4var。

3.2.2 在400V 段安裝變頻調(diào)速裝置

在電動(dòng)機(jī)上安裝變頻器，可降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于采取恒轉(zhuǎn)矩特性，變頻調(diào)速后的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，拖動(dòng)力矩恒定，可以保證排量，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)約電能的作用。由公式Q＝Ptgδ，可得出P 減小將使Q 減小，安裝變頻調(diào)速裝置在節(jié)約有功功率的同時(shí)，也減小了無功功率的消耗。

4 實(shí)施效果

采取調(diào)整電壓及優(yōu)化負(fù)荷等一系列措施后，我們?cè)俅芜x取了2011年7月的電壓數(shù)據(jù)制作了直方圖（圖4）。

圖4 2011年7月廠用電壓數(shù)據(jù)圖

從圖4中可以看出，400V 廠用段電壓分布中心已與標(biāo)準(zhǔn)值十分接近，過程能力得到了提高，調(diào)整后的廠用電壓能滿足400V 母線電壓合格范圍380～420V 的要求。

我們匯總了2011年6—9月400V 廠用電壓合格點(diǎn)數(shù)及合格率，如表4所示。

表4 2011年6—9月400V 廠用電壓合格點(diǎn)數(shù)及合格率

與2010年5月—2011年1月相比，電壓合格率明顯提高。由表4可知，通過調(diào)節(jié)變壓器分接頭擋位、優(yōu)化負(fù)荷等一系列措施，400V 廠用段的電壓合格率得到了提高，從根本上解決了12號(hào)機(jī)組400V 廠用電壓不合格的問題。從成本上看，本次技術(shù)改進(jìn)同樣減少了無功損耗，為吳涇電廠節(jié)約了巨大的電能成本。

5 結(jié)語

通過調(diào)查分析，我們得出了影響吳涇熱電廠廠用電壓合格率的主要原因?yàn)樽儔浩鲙Ц咦杩埂S用系統(tǒng)無功消耗大及變壓器變比不合適。通過采用改變變壓器的分接頭以及降低廠用無功消耗的措施，我們成功使得廠用電壓合格率有了顯著提高。今后，我們將繼續(xù)在技術(shù)上追求精益求精，以確保機(jī)組和設(shè)備的可靠運(yùn)行。