大容量变压器投运对相邻机组的影响及应对策略

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中国设备工程 2020.12 （上）平山电厂一期设计安装两台660MW 超超临界燃煤发电机组，2016年已转入商业运行。

二期设计安装1台1350MW 超超临界燃煤发电机组，预计2020年转入商业运行，发电机均为上海汽轮发电机有限公司制造。

其中1#
、2#
、3#
机组主接线方式均为发电机-变压器组单元接线，经主变升压后接入厂内500kV 升压站。

1#、2#机组采用3/2接线方式，经完整串与500kV 连接；3#
机组经不完整串两台开关与500kV 连接。

三台发电机出口均设GCB ，励磁系统均为ABB 公司的UN6800静态励磁系统。

三台主变均安装涌流抑制器。

3#
机主变倒送电期间进行了7次充电试验，充电瞬间1#
、2#机组出现发电机机端电压、励磁电压、励磁电流、无功功率波动等异常情况，影响机组安全稳定运行。

现针对大容量变压器充电过程中对相邻机组的影响进行分析，提出抑
制影响的策略，采取适当的措施，保证运行机组稳定。

图1 平山电厂500kV 升压站主接线图
1 设备参数及机组运行方式
图1为平山电厂500kV 升压站主接线图，其中一期1#、2#机组经主变分别接入500kV 系统第一、第二串，为正常运行方式；二期3#
机组主变接入500kV 系统第三串不完整串，3号主变充电前升压站500kV I 母、II 母电压为522kV。

平山一、二期3台主变生产厂家均为特变电工衡阳变压器有限公司，其中，一期主变容量780MVA ，二期主变容量
大容量变压器投运
对相邻机组的影响及应对策略
张光庆
（淮北申皖发电有限公司，安徽 淮北 235000）
摘要：大容量变压器投运瞬间会产生很大的励磁涌流，并引起相邻运行机组负序电流、机端电压、无功功率等参数大幅波动，危及机组安全运行。

本文对淮北申能发电有限公司（下述平山二期）3号主变倒送电过程中淮北申皖发电有限公司（下述平山一期）运行机组波动参数进行综合分析，总结出能够有效降低大容量变压器投退对相邻机组参数影响的措施，从而保障机组安全稳定运行。

关键词：变压器；无功功率；励磁涌流；涌流抑制器
中图分类号：TM40 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）12（上）-0125-03
1620MVA ；3号主变倒送电期间，1号机组正常运行，2号机组停运检修。

3号主变共进行7次充电，由于主变容量大，尚无成熟经验可供参考，为降低对一期运行机组的影响，3号主变前三次充电时退出1号机组AGC、AVC，后四次充电时，将AGC 、AVC 投入自动方式。

2 3号主变充电前后相邻机组运行参数的变化
按照二期倒送电调试方案，倒送电期间3号主变共计冲击7次，以此验证倒送电范围内一次设备的绝缘耐受性能，校核一次、二次设备接线的正确性。

鉴于涌流抑制器自身结构性能特点，3号主变前三次冲击过程中虽然投运但未起作用。

由表1各参数变化可以看出前三次充电瞬间对1号机组影响较大。

从第四次开始涌流抑制器投入运行，由表2各参数变化看出后四次充电瞬间对1号机组影响明显减小。

表1 3号主变充电瞬间1号机组运行参数变化（前三次）
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研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用
中国设备工程 2020.12 (上)
表2 3号主变充电瞬间1
号机组运行参数变化（后四次）
3 3号主变充电对相邻运行机组的影响分析
当大容量变压器空载充电时，产生强大的励磁涌流，一般可达到额定电流的4～7倍，励磁涌流呈感性电流，需要消耗系统的无功来建立磁场，这样就降低了系统的电压，也会降低在同一条母线上的变压器和发电机组的电压，而对于发电机就需要增加励磁提供无功功率，维持机端电压。

对于暂态过程来说，发电机电压下降后，必然引起功角的增加，由于惯性的存在，功角必然波动，这样就会导致有功功率的波动，呈现衰减振荡波形，经过几次振荡后逐步平稳，恢复到给定参数。

特别是大容量的变压器空载充电时，其引起的波动持续时间较长，必然会影响相邻机组的正常运行。

3.1 励磁涌流的产生
电力系统中变压器在空载合闸送电时产生的合闸冲击电流称为励磁涌流。

产生励磁涌流的大小和主变送电时的合闸电压相位角和主变剩磁等因素有关。

励磁涌流产生原理如图2
所示。

图2 磁通与励磁涌流关系
设系统电压为：
由得出合闸瞬间在变压器铁芯中产生的
磁通为：
其中：当
t=0,
时合闸，，变压器马上进
入稳定运行状态，没有励磁涌流产生。

当
t=0,
时合
闸，
，从t=0经过半个周期，
，达
到最大值，,此时，励磁涌流达到最大值。

3.2 相邻机组参数波动
主变空载送电导致机端电压突然降低，机端电压差突增。

由于电压调节器的恒机端电压采用闭环比例积分微分调节，被控量机端电压很快稳定，因此，励磁电压也很快稳定。

励磁电流在感性回路中，相应的电压图增量阶跃变化按照发电机负载励磁绕组时间常数上升，由于励磁电压的回落趋稳变化，因此造成励磁电流衰减振荡。

励磁绕组回路任意时刻励磁电压Ur 满足基本阻感回路
电压方程：
其中，I f 为励磁电流，R f 为励磁绕组电阻，L 为励磁绕
组电感。

励磁电动势E
和励磁电流成正比，
其中，f 为励磁电流频率，N 为变压器匝数；
励磁电流I f 的振荡造成励磁电势E 的振荡。

机端电压U 的趋稳造成定子电流I g 、功角θ及功率因数角的振荡，因此有功功率P 发生振荡，以便维持机端电压U 的稳定性。

可见，在机端电压下降过程中，真正发生阶跃变化的是励磁电压U f 。

由于电压调节器的恒机端电压采用闭环比例积分微分调节，机端电压U 和无功功率Q 很快趋稳，励磁电压U f 阶跃之后迅速回落趋稳，励磁电流I f 振荡趋稳，进而造成励磁电势E 振荡。

为了维持电压的实时稳定性，电流I g 、功角θ及功率因数角的振荡，因此有功功率P 振荡，无功功率Q 上升后稳定。

3.3 涌流抑制器
在空投变压器或者电容器组的时候，由于系统电压的相角都是随机的，所以常常会产生很大的励磁涌流，不仅会对运行设备造成危害，而且会导致保护装置误动，严重威胁系统运行的安全、可靠、稳定性。

涌流抑制器是运用精确的相位控制技术，对断路器分合闸角度进行控制，从根本上实现励磁涌流的有效抑制。

4 应对策略
大容量主空载充电对相邻机组各参数的影响是由于变压器饱和产生的励磁涌流影响所致，因此，可以通过减小主变空充的励磁涌流及相邻主变的和应涌流来减小主变空充对相邻机组功率振荡的影响。

（1）大容量变压器在进行直流电阻测试等试验过后一
定要进行消磁，避免变压器合闸瞬间励磁涌流过大。

（2）此次3号主变充电励磁涌流抑制器正常投运对相邻机组的影响不同，变压器每次充电前，确认涌流抑制器处于工作状态。

（3
）主变充电瞬间吸收大量无功功率，相邻运行机组
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中国设备工程 2020.12 （上）1 工程概况
双江口水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州马尔康县、金川县境内的大渡河上，为大渡河干流梯级水电开发的上游控制性水库工程，坝址位于大渡河上游足木足河（东源）与绰斯甲河（西源）汇合口以下约2km 河段上，坝址距马尔康县城约46km ，距金川县城约45km 。

双江口水电站是大渡河流域水电梯级开发的关键性工程之一，双江口水库为干流上游控制性水库。

堆石坝最大坝高315m ，坝址处控制流域面积39330km 2，多年平均流量527m³/s 。

水库正常蓄水位2500m ，对应库容约27.32亿m³，具有年调节能力，电站装机容量2000MW ，年发电量83.41亿kw·h 。

拦河大坝采用砾石土心墙堆石坝，坝顶高程2510.00m 。

挡水大坝坝体共分为防渗体、反滤层、过渡层和坝壳四大区。

其中，心墙上游、下游分别设Ⅰ、Ⅱ两层反滤料，上游两层反滤水平厚度各4m ，下游两层反滤水平厚度各6m ，上游、下游坡均为1：0.2。

上、下游反滤料与坝体堆石之间均设过渡层，过渡层顶高程2504.00m ，顶宽10m ，上游、下游坡均为1：0.3。

心墙下游的坝基与过渡料、堆石料之间设置一层2m 厚的下游反滤排水层。

双江口大坝飞水岩反滤料加工系统布置在飞水岩料场上游侧的飞水岩沟内，需向大坝提供大约221.4万m 3的反滤料。

根据大坝填筑施工高峰期强度，系统设计毛料处理能力 500t/h ，成品处理能力450t/h。

飞水岩反滤料加工系统加工料源来自飞水岩石料场开采料。

前期加工石料主要来自泄洪标洞挖料，后期来自飞水岩石料场，岩性主要为微、弱风双江口水电站大坝
反滤料生产工艺及制备方法浅析
宁占元
（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081）
摘要：国内外土石坝工程运行期渗流监测资料表明，即使坝体或防渗体局部存在缺陷，甚至存有贯穿性裂缝，只要裂缝下游面反滤层的滤土排水性能良好，其薄弱部位在长期运行中并不会发展、恶化，反而会在坝体排水反滤层的保护下，随着细粒土沿渗流通道沉积、固结，裂缝自行愈合。

由此不难得出，保证大坝稳定的关键是保证反滤料的质量。

可见反滤料对整个坝体施工中的重要性,现就以双江口砾石土心墙堆石坝飞水岩反滤料加工系统为例,简述一下其生产工艺及方法。

关键词：砾石土心墙堆石坝；反滤料生产工艺；系统生产调试；成果借鉴
中图分类号：TV44 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）12（上）-0127-02
化或新鲜燕山早期似斑状黑云钾长花岗岩，穿插伟晶岩脉、云母等，其饱和抗压强度平均值为83MPa ，平均软化系统为0.8。

系统于2019年6月27日完成建设，2019年10月末具备调试条件，2019年12月初完成调试并正式投产。

2 反滤料设计指标及要求（反滤料级配表如表1、表2）2.1 第一层反滤料
（1）最大粒径应不大于20mm，D15=0.15～0.50mm，D85=2.00～8.21mm；
（2）小于0.075mm 的颗粒含量应小于5%；（3）渗透系数应大于2.5×10-4cm/s；
（4）第一层反滤料的填筑相对密度为0.80～0.90。

2.2 第二层反滤料
（1）最大粒径应不大于80mm，D15=1.38～3.67mm，D85=10.00～26.67mm；
（2）最小粒径宜不小于0.1mm；（3）渗透系数应大于1.0×10-2cm/s；
（4）第二层反滤料的填筑相对密度为0.80～0.90。

3 反滤料生产工艺流程
投入PSS 电力系统稳定器，增加励磁电流，增加无功功率，提高系统电压。

（4）考虑退出机组的AGC 、AVC 控制模式，防止因瞬时电磁功率升高导致锅炉与汽机参数波动。

5 结语
结合二期3号主变空载充电瞬间一期运行机组各参数的变化，对主变充电过程中对运行系统的影响进行了分析，并有针对性地提出解决策略，主变充电时，能有效降低对相邻机组影响，保证正常运行机组的安全运行。

参考文献：
[1]磨硕.变电站投运空载主变压器引发相邻机组功率振荡的仿真研究，上海电气技术，，2018.11(3).
[2]周波，谢鹏，魏明，武云鹏.励磁涌流对大型变压器运行的影响，上海电力学院学报，2016年3月第32卷.
[3]吴林云.浅谈主变压器充电对相邻机组的影响，电气工程与自动化，2012年第24期.
[4]陈正建，高小栋.主变空充导致邻机跳闸的分析和防范措施，燃气轮机技术，2016年9月第29卷第3期.
表1 第一层反滤料级配表
坝料
颗粒级配组成(颗粒粒径:mm)20
105210.50.250.075第一层反滤上包线1009894857050275第一层反滤平均线1009486705030152第一层反滤下包线100
90765130157.5。