中壓發(fā)電車并網(wǎng)應(yīng)用實踐

李佳蔚，藍 騫，趙 偉，姚雁南，閆文君，狄美華

（國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺 100071）

模擬冬季寒潮大負荷背景下，某變電站1#變壓器過載，應(yīng)用10 kV中壓發(fā)電車在變電站內(nèi)10 kV備用間隔接入，通過10 kV 母線實現(xiàn)并網(wǎng)，與變壓器并聯(lián)運行，實現(xiàn)緩解變壓器過載情況。

1 發(fā)電車選擇分析

根據(jù)發(fā)電車機組特性，分析選取發(fā)電車相關(guān)參數(shù)如下。

1.1 發(fā)電車單機分析

選取單機容量1600 kW的10 kV發(fā)電車如圖1所示，功率因數(shù)估測為0.8，則單機最大輸出電流為109.9 A，如表1所示。

圖1 10 kV中壓發(fā)電車（主車）

表1 單臺1600 kW中壓發(fā)電車參數(shù)表

1.2 發(fā)電車并機分析

發(fā)電車并機應(yīng)通過并機通信線連接2臺發(fā)電車，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。并機發(fā)電時，2 臺發(fā)電車功率分配偏差約為±7.5%。經(jīng)測算，2臺1600 kW發(fā)電車并機穩(wěn)定輸出功率為2700 kW，穩(wěn)定輸出電流為=185.6(A)。

發(fā)電車并網(wǎng)運行緩解主變過載場景下，2 臺發(fā)電車分別接入不同備用間隔與變壓器并網(wǎng)運行，因此不涉及并機。

1.3 發(fā)電車并網(wǎng)分析

本次并網(wǎng)演練目的是為緩解變壓器過載，而非常見的發(fā)電車短暫并網(wǎng)帶后方負荷的作業(yè)方式，因此須要改變發(fā)電車輸出模式。通過對控制器重新編程，將發(fā)電車輸出自動調(diào)整模式（即發(fā)電車輸出隨負荷變化而變化）改為固定輸出調(diào)節(jié)控制模式，即發(fā)電車輸出功率由控制面板控制，不隨負載變化而變化。固定輸出調(diào)節(jié)控制模式是通過控制器監(jiān)測實際輸出功率與設(shè)定功率的差值，并向燃油控制器發(fā)送增減燃料信號，燃料調(diào)節(jié)發(fā)電機組轉(zhuǎn)速實現(xiàn)固定功率輸出。固定功率輸出啟動后，可在操作面板手段調(diào)節(jié)輸出功率大小。

與并機不同的是，多臺發(fā)電車并網(wǎng)與單臺發(fā)電車并網(wǎng)原理相同，發(fā)電車之間不發(fā)生信號關(guān)聯(lián)，且無負荷分配關(guān)系，因此多臺發(fā)電車并網(wǎng)不須考慮容量損失。

1.4 發(fā)電車與變電站母線連接方式

中壓發(fā)電車須通過10 kV 開關(guān)柜與變電站母線連接如圖2 所示，將發(fā)電車停放在變電站內(nèi)，準備期間將2302、2308 待用間隔退運轉(zhuǎn)檢修，調(diào)整2302、2308間隔保護傳動改定值、開關(guān)傳動試驗并修改臨時路名，2臺發(fā)電車輸出電纜分別接入2302、2308待用間隔，合閘后可向變電站母線送電。

圖2 發(fā)電車與變電站連接

2 實踐過程

2.1 發(fā)電車停放

經(jīng)過現(xiàn)場勘察，發(fā)電車停放于變電站甬道內(nèi)，如圖3所示。因本次工作須發(fā)電車實發(fā)，2臺1600 kW中壓發(fā)電車燃油消耗量較大，因此須安排燃油輔助車配合。結(jié)合變電站現(xiàn)場實際情況，安排1 臺燃油輔助車停放于2 臺發(fā)電車中間，可滿足不須挪動車輛即可向2臺發(fā)電車補充燃油，如圖4所示。

圖3 發(fā)電車停放區(qū)域

圖4 發(fā)電車、輔助車停放模擬

2.2 電纜布置

考慮到變電站開關(guān)室防小動物等封閉要求，為盡可能避免對變電站日常運維工作影響，本次發(fā)電車10 kV輸出電纜采取通過窗戶進入。為避免窗框、窗欄對10 kV輸出柔性電纜造成損傷引起接地故障，在窗欄處加墊橡膠墊；為避免因電纜走線造成小動物進入設(shè)備間，對窗戶縫隙進行填塞，如圖4所示。

圖4 電纜敷設(shè)

在設(shè)備間內(nèi)，發(fā)電車輸出電纜安置于高壓馬道內(nèi)，送至開關(guān)柜接入側(cè)，避免人員踩踏。

2.3 電纜接線

10 kV 電纜須在開關(guān)柜后柜門接入，現(xiàn)場接線后，開關(guān)柜后柜門無法關(guān)閉。為避免帶電體裸露，一次專業(yè)定制了發(fā)電車并網(wǎng)專用的后柜門，后柜門開孔可穿過10 kV柔性電纜接入后對縫隙進行封閉，確保無任何帶電體露出，如圖5所示。

圖5 站內(nèi)電纜接入

2.4 發(fā)電車實發(fā)并網(wǎng)

準備工作完畢后，調(diào)度向運維許可轉(zhuǎn)自行令，運維人員將小車推至運行位置，合上開關(guān)。13:30發(fā)電車正式并網(wǎng)運行，至14:30分別使2臺中壓發(fā)電車向電網(wǎng)輸出 0、160、500、800、1000、1200 kW，每個梯度穩(wěn)定輸出10 min左右，并記錄多個狀態(tài)下的負荷變化。演練過程中，AVC動作退出運行，發(fā)電車未發(fā)生跳閘。

3 結(jié)果分析

3.1 AVC動作退出運行分析

母線AVC動作退出運行，說明母線側(cè)無功已足夠。本次發(fā)電車并網(wǎng)，其有功功率、無功功率輸出可由功率因數(shù)控制決定，本次并網(wǎng)演練發(fā)電車功率因數(shù)設(shè)定為0.9，AVC退出原因分析為發(fā)電車向3A#母線輸送無功功率滿足已母線側(cè)須求。

3.2 發(fā)電車并網(wǎng)輸出分析

2臺發(fā)電車并網(wǎng)運行，在各自輸出0、160、500、800、1000、1200 kW 狀態(tài)下，除 160 kW 外各自輸出電流基本與理論計算相同，并網(wǎng)運行未對發(fā)電車輸出造成影響，且2 臺發(fā)電車之間未互相影響。160 kW輸出電流與計算值出入較大，分析為在大功率發(fā)電車在低功率輸出情況下輸出控制存在波動，如圖6所示。

圖6 發(fā)電車并網(wǎng)運行輸出電流

3.3 發(fā)電車并網(wǎng)緩解“過載”分析

2臺發(fā)電車并網(wǎng)運行，在各自輸出0、160、500、800、1000、1200 kW狀態(tài)下，總輸出電流逐步增長至140 A，201A 開關(guān)電流也逐步由150 A 降低至45 A。說明發(fā)電車與變壓器并網(wǎng)運行成功，3 A#母線部分低壓負荷由發(fā)電車出力帶出，變壓器“過載”情況有效緩解。

3.4 發(fā)電車功率流向分析

對演練期間，各開關(guān)負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示。2臺發(fā)電車輸出功率逐漸變大，101輸出功率逐漸變小。2 臺發(fā)電車分別從 0～1200 kW 擋位內(nèi)，101 功率變化為2370 kW，發(fā)電車實際輸出功率2330 kW，大體相等。分析為發(fā)電車并網(wǎng)有效緩解了變壓器負載率，如圖7所示。

表2 中壓發(fā)電車并網(wǎng)輸出電流

圖7 發(fā)電車并網(wǎng)緩解“過載”分析

發(fā)電車各發(fā)出500 kW 擋位時，201B 負荷變化原因應(yīng)為3B#母線所帶負載發(fā)生變化。整體測試期間，201B負荷變化較為平穩(wěn)，分析為發(fā)電車輸送的功率并未傳輸至3B#母線。

2臺發(fā)電車分別輸出0～1200 kW過程中，201A輸出功率自2650 kW 減少至370 kW，201A 功率變化2380 kW，與發(fā)電車實際輸出功率2330 kW，大體相等。分析為發(fā)電車輸出功率均用于減少3A#母線負荷。

測試過程中，3A#母線總輸入功率與輸出功率基本為動態(tài)平衡，功率差值不超過250 kW，差值在可接受的在統(tǒng)計誤差內(nèi)。

3.5 發(fā)電車并網(wǎng)并機容量應(yīng)用分析

發(fā)電車并網(wǎng)緩解110 kV 主變過載應(yīng)用狀態(tài)下，如使用3 臺發(fā)電車（2 臺1600 kW、1 臺3000 kW）全部與110 kV 主變并網(wǎng)運行并輸出最大功率可提供5200 kW，緩解負載率10%（110 kV 主變壓容量50 MW）。

如表3所示，發(fā)電車并機為10 kV線路提供應(yīng)急電源應(yīng)用模式下，參考2臺發(fā)電車功率分配±7.5%偏差，3 臺發(fā)電車并機最大穩(wěn)定輸出功率為5270 kW，最大輸出電流362 A。10 kV架空線路重過載狀態(tài)下電流約為440 A左右（線路最大電流550 A，重過載80%），預(yù)計可將重載線路80%負荷帶出。

表3 中壓發(fā)電車并網(wǎng)緩解“過載”分析

表4 中壓發(fā)電車不同輸出狀態(tài)下并網(wǎng)功率流向

4 結(jié)束語

發(fā)電車通過10 kV 備用間隔接入，使用固定功率輸出模式，實現(xiàn)了與在運變壓器并列運行，驗證了發(fā)電車并網(wǎng)緩解變壓器過載技術(shù)路線的正確，為避免主變負載率N-1 超145%面臨故障甩低壓母線負荷風險提供了可行的解決思路。

發(fā)電車并網(wǎng)運行，其輸出電流與理論計算電流基本相同，并網(wǎng)并未造成輸出電流損失。多臺發(fā)電車同時并網(wǎng)運行，無須同步控制數(shù)據(jù)，不涉及負荷分配，輸出功率較單機相比無變化，多臺發(fā)電車并網(wǎng)無損耗。目前，公司范圍內(nèi)已到貨或即將到貨的中壓發(fā)電車最大可實現(xiàn)緩解110 kV主變負載率10%或?qū)?0 kV 架空線路重過載80%負荷帶出，中壓發(fā)電車應(yīng)用將明顯提升公司應(yīng)急保障能力。

發(fā)電車并網(wǎng)運行，發(fā)電車可同時向電網(wǎng)提供有功功率及無功功率，對母線AVC 投退將產(chǎn)生影響。在固定輸出功率模式下，功率因數(shù)可前期編程設(shè)定。

發(fā)電車在單條母線并網(wǎng)輸出，其輸出功率優(yōu)先滿足本母線上的負載消耗，本母線負載未滿足前，不會傳導(dǎo)至其他母線或上級電源。

5 展望

中壓發(fā)電車可作為公司度夏、度冬保障供電的有利手段，在變電站備用間隔接，前期準備工作量大，手續(xù)煩瑣。建議中壓發(fā)電車并網(wǎng)、并機及孤島運行方式以線路接入方式為主，對于須并網(wǎng)的應(yīng)用場景可與帶電作業(yè)配合完成。