600MW发电机变压器组启动方式的探讨和实践.doc

600MW发电机变压器组启动方式的探讨和实践杨泽荣摘要：本文介绍了以机端变作为励磁电源的大型发电机变压器组在整套启动时利用本机进行主变零升试验的方法，替代了以往一直沿用的在机组启动前一定时间利用系统机组进行的试验。这对于减轻电网负担，保证电网稳定运行及减少新机组启动费用有很大的意义。关键词：短路空载试验、他励电源、差动保护校验、励磁系统宁波北仑港发电厂是我国最大的火力发电厂，共有5台600MW汽轮发电机组。其中一期的二号机为法国ALSTHOM生产，采用无刷励磁方式；其余均为日本东芝公司生产，其励磁方式为机端励磁变和可控整流柜组成的静态励磁方式。如何安全、有效、经济地将新建的发电机变压器组启动起来，一直是值得我们探索的问题。我们在北电4机进行了尝试，在发电机启动后，用它作电源来实现发电机变压器组的启动。现总结如下。一、 问题提出 自镇电一号机125MW机组起，我省新建火电中、大型发电机变压器组均采用先主变零升启动、然后发电机启动并网两大步骤来完成投运前各项测试。这一方法可以在发电机并网前将主变和厂高变启动考验完毕，并将新机发变组的保护、测量、控制回路除励磁控制系统和发电机差动保护等个别回路外全部检查、校验完毕，具有完全的有效性和很强的针对性；确保了一系列新建的发电机变压器组顺利的安全投产和可靠运行，所以一直沿用至今。 但如将主变零升单独作为一个试验项目后，必将需要借用系统机组来作为电源。例如北电2主变零升时用镇海三号200MW机组，93年9月13日22:00至9月14日7:00，共用9个小时；而北电3主变零升用北电二号机从98年11月28日8:55解列至11月29日6:20并网复役，共用22.5个小时，少发电1500万度。另外，试验之前，电网为了空出零升电源通道，要进行必要的负荷转移和保护定值调整。试验期间要求系统进行大量的操作，给调度和系统运行单位增加了相当繁重的操作任务。所有这些，不仅代价十分高昂，还可能影响系统的安全稳定运行。二、 解决问题的思路 由于主变安装后已完成了局放试验，其内部已不存在问题。以往进行主变零升以期尽早发现主变是否存在着问题，以免会延误机组起动并网的目的不再需要，故应探索更为经济简便的步骤和程序来完成主变的启动。分析表明，对北电二期机端变自励方式的发电机而言，只要能提供一个适当参数的他励电源和厂高变差动保护校验电源，用本机作零升电源来完成主变系统零升和短路校验保护、实现送出系统的启动是完全可以的。 经分析计算，采用从4机的厂用10.5kV母线备用间隔拉一根10kV电缆直接至励磁变的高压侧，将励磁变从20kV降低为10kV运行，这样就有了一可靠的他励电源。为了达到主变零升试验的检验功能，需将主变零升试验项目一分为三： 1 厂高变电流保护用外加一次电源（380V）三相短路法进行校验 2 厂用中压电源系统的检验（用自身环形供电来校验） 3 主变和500kV GIS电流保护的检验用本机开机短路试验来实现 三、 可行性分析 1 厂高变电流保护的校验 由于厂高变差动保护CT安装在中压母线侧，故机组启动之前必须确保差动保护接线之正确性，否则将不能确保厂用电的安全切换。 11厂高变参数名称高压厂变4A&4B容量(MVA)40/30/10电压(KV)2022.5%/10.5/3.15电流(A)1150/1650/1830阻抗电压%HV/MV1: 8.75 30MVAHV/MV2: 7.6 10MVAMV1/MV2: 11.42 10MVA12当10kV侧短路时，20kV侧加入试验电源US=400V：字符中H：高压侧M：10.5kV侧L：3.15kV侧 ISH=USSH-M/-3 UKHM U2NH=38030106/(-3 0.0875202106)=188A ISM=18820000/10500=358A 相应的CT二次侧电流为： ISH2=188/(1500/5)=0.627A ISM2=358/(3000/5)=0.597A 13 当3kV侧短路时，20kV侧加入试验电源US=400V： ISH=USSH-L/-3 UKHL U2NH=38010106/(-3 0.076202106)=72A ISL=7220000/3150=457A 相应的CT二次侧电流为： ISH2=72/(1500/5)=0.24A ISL2=457/(3000/5)=0.76A 2 厂用电源合环和备用电源自投 本机组厂用电源四段工作电源母线和四只工作进线开关，分别由两只厂高变供电。在进行厂用电源合环和备用电源自投时可以由一只工作电源进线开关作为电源开关，将备用电源送至高压工作厂变，再通过另外三个工作电源开关将电源倒至相应的三段母线上，完成此三段厂用电源的合环和备用 电源自投试验。更换电源开关后，用同样的方法可以完成所剩的一段的合环和备用电源自投试验。 完成了上述试验后，在机组整套启动并网带一定负荷后，即可进行厂用电系统的切换试验。另外在进行该试验的同时可对发电机的PT回路进行检查，测定系统电压送至新机出口处的相序，以保证该回路的正确性，这样就能大大节省发电机空载试验所需的时间。 3 励磁变高压侧采用10kV电源运行时的性能分析 31励磁变降压运行后，不仅要完成主变零升试验的所有项目，而且还要完成发电机短路特性和空载特性试验。经分析励磁变只要能满足发电机短路试验时所需的容量即可。分析如下： 3.1.1 励磁变参数额定容量额定电压比频率额定电流比相数8700kVA200001170V50Hz2514290A3相发电机额定负荷下参数磁场电流IF磁场电压UF4760A474V3.1.2 当励磁变高压侧电源从20kV降为10.5kV后，励磁变的容量降为： S=-310.5251=4564.8kVA 励磁变低压侧电压降为: U低=105001170/20000=614.25V 3.1.3 3发电机启动时的数据如下： 发电机的短路电流达到额定值21443A（二次侧4.29A）时的数据： 磁场电流IF磁场电压UF控制角3168A271V71.55将磁场电流IF（直流）折算到交流侧为：IF（交流）=31680.816=2585A折算到励磁变高压侧为：IACH=25851170/20000=151A 3.1.4 计算当发电机三相短路电流为额定时所需的他励容量为： S= -3 10.5150=2728kVA 远小于励磁变降压后的容量4564.8kVA 所以发电机三相短路电流为额定时励磁变的容量足够。 3.1.5 可控硅整流柜输出电压计算 a. #3发电机三相短路电流为额定时的整流柜输出电压计算 UF =1.35UcosU1=1.351170cos71.55U1 =500U1=271V -（1） （U1为换流压降等一些压降和） b. 采用他励时整流柜输出同样电压、电流（即UF =271V 、IF=3168A）时要求的可控硅的控制角计算如下： UF=1.35U低cosU2=1.35614.25cosU2=271V -（2） 因为考虑到两种工况下整流柜输出电流一致，所以： U1U2-（3） 综合（1）、（2）、（3）式得到=52.9 所以采用他励方式时，只要控制角为52.9整流柜的输出电压就能满足要求。 综上分析，在4机整套启动时接一路10kV电源至励磁变的高压侧作为他励电源，来完成发变组整套启动电气试验项目的方法是完全切实可行的。 3.2 励磁变保护继电器的整定计算 励磁变原配置的差动保护和高压侧过电流保护仍按设计定值投入运行。试验时利用10kV开关柜上的过流、速断保护作为临时供电电缆的主保护，同时也作为励磁变的后备保护。 反时限起动值I1=1511205200=4.53A （CT变比为2005）；曲线：EI；时间：K=0.2 定时限I2=250200%5/200=12.5A （考虑到高压侧电压降为10kV，励磁涌流的倍数也相应的减小，动作电流按2倍额定电流考虑）；时间：t=2s 速断保护I=250500%5/200=31.25A 四、 所需资源 1 15kV单芯120mm2铜芯电力电缆约600米（每相200米） 2 1000V 240mm2铜芯线约400米 3 配套的控制设备和连接材料，及相应的测试仪器等 五、 实施效果 在经过一系列的准备之后，北仑电厂4机组于11月15日下午开始电气试验，所有试验项目全部处于受控状态，按计划实现了预定目标。具体如下： 1 发电机短路试验时的参数如下： 励磁变高压侧电压（kV）发电机电流(A)励磁电压(V)励磁电流(A)控制角()3机2021443271316871.55 4机1021443271316861 从以上表内数据比较可知，在进行发电机短路试验时，励磁变高压侧采用10kV电源与采用20kV电源达到了同样的效果。但是采用20kV电源时，需将厂用母线的10kV电源通过一台高压厂变和20kV封闭母线（主变和另外一台厂高变要从20kV母线处断开）才能倒至励磁变。由于占用了20kV母线，故只能完成发电机短路试验，而无法实现主变零升的各项试验。现采用10kV临时电缆供电后，只需断开励磁变高压侧与20kV母线的软连接，省去了20kV母线上的其它改接工作，在试验过程中，节省了大量的时间。 2 主变零升试验 4主变零升试验从11月16日23:33开始至11月17日10:02结束，共用了10.5个小时，其中试验时间为6个小时，仅为3机主变零升所用时间的一半。 另外，以3机组为例，如将主变零升单独作为一个试验项目来安排，则在方案编写、讨论、实施以及向调度申请调停一台大机组作为零升电源等一系列工作均需大量的人员参与，增加了运行、基建、管理单位的工作量。因此将主变零升与发电机启动试验合二为一，作为一个整体来安排，不但减少了许多重复的工作量，还大大减少了对系统运行的影响。 3 简化了5机组的启动方式 北电500kV GIS系统为1个半断路器接线方式，4、5机均接在B5串上。在4机组启动后，B5串除了5机大差及主变差动保护外，其余保护的电流、电压回路均可投入运行。这样，在5机启动时，所有500kV系统的操作仅与该机组的两只开关有关，差动保护的校验工作就方便多了。 4 减少对机组分部试运的影响 以往主变零升试验一般安排在机组整套启动前一个月左右。此时正值机组分部试运高峰，试验时要求本台机组的厂用电全停，这就不得不中断机组的分部试运行，并且还要将蓄电池充电器等重要负荷的电源更换为临时电源。采用本启动程式后，不需要厂用电全停，所以消除了与机组分部试运发生冲突的现象。 5 经济效益可观 与#3机启动试验相比较，按#4机的启动模式，即将主变零升与发电机启动试验合二为一，节约了大量的人力、物力。首先不必停运运行机组而确保了机组的发电量，节省了试验机组的燃油