大型發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率計(jì)算及試驗(yàn)方法

周國(guó)平，單 華，喻 建，張 強(qiáng)

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是勵(lì)磁系統(tǒng)的核心控制部分，它根據(jù)發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率單元輸出勵(lì)磁電流，在發(fā)電機(jī)出力變化和系統(tǒng)故障等工況下，維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓穩(wěn)定?，F(xiàn)在較大型電廠都是幾臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組在同一條母線下并列運(yùn)行，改變其中任何一臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁電流不僅影響該機(jī)組的無功電流，而且還影響其它并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無功電流，從而引起母線電壓的變化。為了防止各臺(tái)機(jī)組間無功功率的無序分配，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中引入了附加電壓調(diào)差的功能，發(fā)電機(jī)的附加電壓調(diào)差功能可以保證機(jī)組間無功功率的合理分配，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差定義

發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差功能對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功功率有著重要的作用，反映了在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)下發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Ug隨發(fā)電機(jī)無功輸出變化關(guān)系[1]。發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差特性用調(diào)差率K來表征，發(fā)電機(jī)在功率因數(shù)為0的情況下，機(jī)端電壓、無功功率、電壓給定的關(guān)系為：

2 發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差的作用

當(dāng)2臺(tái)及以上的機(jī)組并列運(yùn)行在同一條母線上時(shí)，總的無功功率將由各臺(tái)機(jī)組共同分擔(dān)。無調(diào)差特性時(shí)，發(fā)電機(jī)組之間的無功功率是任意分配的，機(jī)組會(huì)處于不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)有調(diào)差特性時(shí)，由于機(jī)組是并列運(yùn)行于同一段母線，因此各臺(tái)機(jī)組機(jī)端電壓Ug大小相同，在各機(jī)組調(diào)差率K相同、電壓給定Uref接近的情況下，由式（1）可知，各臺(tái)機(jī)組之間的無功分配就會(huì)非常接近，不會(huì)出現(xiàn)無功功率無序分配的現(xiàn)象。

3 調(diào)差率的整定原則

對(duì)于單元接線的發(fā)電機(jī)組，由于主變壓器自然調(diào)差率（變壓器阻抗）較大，為了提高發(fā)電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)的電壓（無功）支撐能力，一般勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中電壓調(diào)差率選擇為負(fù)，用以補(bǔ)償變壓器的電壓降[2]，但補(bǔ)償壓降不能超過變壓器實(shí)際壓降。電壓調(diào)差率宜按下列方法整定：

（1）并列點(diǎn)（主變高壓側(cè)）的電壓調(diào)差率KT宜按照5%～10%整定，在無功分配穩(wěn)定的情況下取小值，同一條母線下的電壓調(diào)差率應(yīng)相同[3]。

（2）發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率應(yīng)考慮變壓器電抗壓降，變壓器電抗壓降標(biāo)幺值為：

需要特別注意的是，為補(bǔ)償主變電抗產(chǎn)生的壓降，雖然要求發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓調(diào)差特性為負(fù)調(diào)差，但當(dāng)選擇負(fù)調(diào)差時(shí)，調(diào)差率必須小于主變的壓降，即發(fā)電機(jī)無功功率與電網(wǎng)電壓的關(guān)系曲線必須是下降特性。

4 調(diào)差率的測(cè)定

機(jī)組投入運(yùn)行后，還需要對(duì)調(diào)差率進(jìn)行測(cè)定，以便觀察它的設(shè)定值與設(shè)計(jì)值是否一致。根據(jù)大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件的相關(guān)規(guī)定，有甩無功負(fù)荷法和推算法[4]。

（1）甩無功負(fù)荷法。保持給定值不變，在功率因數(shù)為0情況下，甩50%～100%額定無功功率，測(cè)量甩負(fù)荷前后發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，按如下公式求得電壓調(diào)差率：

（2）推算法。在功率因數(shù)為0、50%～100%額定無功功率負(fù)荷下測(cè)得機(jī)端電壓和電壓給定值后，在發(fā)電機(jī)空負(fù)荷試驗(yàn)中相同調(diào)節(jié)器增益下測(cè)量的對(duì)應(yīng)的機(jī)端電壓U0，然后按式（4）計(jì)算。

上述2種試驗(yàn)方法均需要發(fā)電機(jī)處于零功率因數(shù)工況，對(duì)于現(xiàn)代大型汽輪機(jī)組，機(jī)組并網(wǎng)后就必須帶一定初始有功功率，要保持零功率因數(shù)工況比較困難。對(duì)此，可以采用無功間接調(diào)整法。

（3）無功間接調(diào)整法。在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中實(shí)現(xiàn)調(diào)差功能的基本原理是：在電壓給定值之外附加一個(gè)與發(fā)電機(jī)功率（主要為無功功率）成一定比例關(guān)系的值ΔU：

由式（5，6）得：

無功間接調(diào)整法的試驗(yàn)步驟：保持試驗(yàn)機(jī)組的電壓給定值Uref和有功功率不變，通過改變相鄰機(jī)組的無功功率來間接改變?cè)囼?yàn)機(jī)組的無功功率，記錄試驗(yàn)機(jī)組無功功率變化前后的機(jī)端電壓及無功功率

進(jìn)一步可得出公式：

轉(zhuǎn)換成有名值為：

由式（8）可知，只要記錄試驗(yàn)機(jī)組無功變化前后的的機(jī)端電壓及無功功率即可根據(jù)該公式計(jì)算出電壓調(diào)差率。由于無功間接調(diào)整法不需要機(jī)組有功功率為0，只要試驗(yàn)過程中機(jī)組有功功率保持穩(wěn)定即可，解決了大型機(jī)組保持零功率因數(shù)工況比較困難的問題，目前大部分試驗(yàn)已開始采用無功間接調(diào)整法。

5無 功間接調(diào)整法測(cè)定調(diào)差率的注意事項(xiàng)

（1）試驗(yàn)機(jī)組無功功率的改變是通過相鄰機(jī)組的無功調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，多個(gè)電廠、不同容量機(jī)組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相鄰機(jī)組無功增加一定值時(shí)，試驗(yàn)機(jī)組無功減少量遠(yuǎn)低于相鄰機(jī)組的增加量，一般約為相鄰機(jī)組的40%甚至更少，當(dāng)相鄰機(jī)組無功變化幅值較小時(shí)，試驗(yàn)機(jī)組無功及機(jī)端電壓變化均不明顯，直接影響了發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率測(cè)定的精度，因此相鄰機(jī)組的無功調(diào)整幅度應(yīng)盡量大，上升或下降無功幅值視當(dāng)時(shí)機(jī)組無功情況來定，原則上要求相鄰機(jī)組及試驗(yàn)機(jī)組輸出無功功率上限不超額定無功，下限保證低勵(lì)限制不動(dòng)作。對(duì)于有多臺(tái)相鄰機(jī)組的，可以采用同時(shí)調(diào)整多臺(tái)機(jī)組無功改變?cè)囼?yàn)機(jī)組無功的方法，最大限度的改變?cè)囼?yàn)機(jī)組的無功功率。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)組無功變化幅值在額定無功容量15%時(shí)，就能完全滿足試驗(yàn)的要求，可保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)組的電壓給定值及有功功率均應(yīng)保持不變，為防止外部自動(dòng)裝置（如AVC，AGC等）在試驗(yàn)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組的電壓及有功功率，試驗(yàn)機(jī)組的AVC及AGC均應(yīng)向調(diào)度部門申請(qǐng)臨時(shí)退出。

（3）試驗(yàn)過程中，調(diào)整機(jī)組無功時(shí)，應(yīng)密切監(jiān)視相關(guān)機(jī)組的機(jī)端電壓及廠用電壓，防止電壓過高或過低影響到機(jī)組的安全。

（4）試驗(yàn)過程中，調(diào)節(jié)機(jī)組無功，應(yīng)盡量按照單方向調(diào)整，即單向上升或下降，避免由于電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化和勵(lì)磁系統(tǒng)的靜差率等因素，影響試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（5）如測(cè)量的電壓調(diào)差率與設(shè)定值存在一定誤差，原因可能是記錄機(jī)端電壓的精確度不夠，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，如果將機(jī)端電壓記錄準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后3位，將使測(cè)得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電壓用的表計(jì)必須使用0.2級(jí)或更高精度的電壓測(cè)量?jī)x表。

6 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓調(diào)差直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量及機(jī)組的穩(wěn)定。大型機(jī)組大都是發(fā)電機(jī)變壓器組單元制接線，發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率應(yīng)采用負(fù)調(diào)差，但調(diào)差率不能大于變壓器的壓降。發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率的試驗(yàn)是新投機(jī)組的必須試驗(yàn)，可以采用規(guī)程推薦的甩無功法及推算法，但上述2種方法均需要發(fā)電機(jī)在零有功工況下，對(duì)于大型機(jī)組很難實(shí)現(xiàn)這一工況，無功間接調(diào)整法不需要機(jī)組有功功率為零，很好地解決了這一問題，建議試驗(yàn)時(shí)采用無功間接調(diào)整法。無功間接調(diào)整法，在幾個(gè)不同的電廠、不同容量的機(jī)組測(cè)試中均得到了非常準(zhǔn)確的調(diào)差率數(shù)據(jù)，對(duì)于分析出現(xiàn)系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)，各臺(tái)機(jī)組之間無功分配的合理性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

[1]王永利.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中調(diào)差特性分析[J].天津電力技術(shù)，2007(4)：32-33.

[2]孟凡超，吳 龍.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)問答及事故分析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008：91.

[3]DL/T 843—2010，大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[4]DL/T 1166—2012，大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)導(dǎo)則[S].