发电厂220kV母线电压的控制分析

2005 第十届全国保护和控制学术研讨会

发电厂220kV母线电压的控制分析

蔡光德

（江苏省太仓港环保发电有限公司，江苏太仓 215433）

摘要：本文以控制电厂220kV母线电压在调度允许的合格范围为目的，通过分析计算，合理选

取主变分接开关及高厂变、低厂变分接开关，最大限度发挥机组的无功调节能力。在高峰负荷

时段，即使系统电压低于合格水平，机组能按机组最大无功出力进行调节；在低谷时母线电压

高又能深度进相运行；同时能保证厂用电电压水平在允许范围。

关键词：变压器；分接开关；电压；发电机进相

1 系统现状与存在问题

电力系统无功电压问题是一项复杂的系统工程，系统调度对无功功率的调整既要考虑系统电网无功总量的平衡，还要考虑无功功率的分层、分区平衡，合理制定保证电网电压水平的运行方式，合理安排主变电压分接位置，其目的能保证电网各处电压控制在合格范围内。作为并网电厂，220kV母线为电压考核点，则应根据电网调度部门下达控制母线电压指标，严格执行无功电压考核细则并采取相应措施，确保母线电压在合格范围内。

目前电厂主变压器分接开关位置由调度下达，其分接开关位置选取的不合理导致电厂处于两难境地，电厂主变压器不同于变电站主变压器，因为电厂主变压器分接开关位置要涉及到与发电机电压有关保护以及厂用电电压等等问题。

某电厂主变运行分接头调度下达在242kV/20kV，机端电压在19.5kV附近运行，为保证6kV电压不至于太低，又将高厂变分接开关调整为20-1*2.5%/6.3kV档位。这样对与发电机机端电压有关的保护极为不利。如过电压保护，过励磁保护和机端电压有关的逆无功式失磁保护等。这些保护用的机端电压是以额定电压为基准的；过电压保护无形中将保护动作定值提高；逆无功式失磁保护中机端低电压值较整定定值提高，这些因主变分接头位置可能影响保护动作的正确性，不能不引起调度部门注意。

同时，主变压器分接开关位置不合理导致机组在电压调整、控制无功出力能力方面很有限，只是满足当前母线控制电压进行小范围的、有限的调整；当系统出现异常，诸如高峰负荷时段母线电压低；低谷负荷时段电压高的问题时，需要发电机有大量无功（包括滞相、进相）支持时，往往顾此失彼，系统内大部分机组将因为厂用电压问题以及与电压有关的保护问题，机组将不能按照调度下达的电压考核指标进行无功调节或达到调度要求的力率考核要求。

2 主变分接开关的选取

国家电网生[2004]435号《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》：为了保证系统具有足够的事故备用无功容量和调压能力,并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.85(滞相) ～0.97(进相)运行的能力,新建机组应满足进相0.95运行的能力。对300MW机组来说，满负荷时，要求无功在186MVAR~ -98MVAR内调整。

以系统调度下达某电厂220kV母线为例，高峰负荷电压要求控制在226～233kV；低谷负荷电压要求

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蔡光德发电厂区20kV母线电压的控制分析

控制在222～229kV。

在正常情况下，发电机组不会在上述两种情况下运行。无功186MVAR（滞相）对应的运行工况为高峰负荷时系统电压低，通过多发无功提高母线电压，以期达到要求控制在226～233kV的下限值226kV；进相-98MVAR无功则是低谷负荷时，母线电压高，通过进相吸收无功，以期达到要求控制在222～229kV上限值229kV。

以上为满负荷时的两种极端情况。

根据国家标准规定，绕组电阻应折算到75℃时的数据。

R75=R19（234.5+75）/（234.5+19）=0.22

R19=0.1766 Ω

主变高压侧19℃电阻折算至75℃电阻

X=21.12Ω

主变压器端电压U=UM+（PR+QX）/U

UMAX=226+（300*0.22+186*21.12）/ UMAX UMAX=242.47 kV

UMIN=229+（300*0.22-98*21.12）/ UMIN UMIN=220 kV

UM为220 kV母线电压，UMAX 、UMIN为220 kV母线电压上下限值。

从以上可看出，300MW有功造成的压降0.28kV，对变压器压降影响不大；对有功小于300MW，机组无功可按力率调整、也可按发电机功率圆图带无功，最大工况与以上两种极端情况相当，因此UMAX 、UMIN 值具有代表性，能反映各种工况主变压器端电压的范围。

从主变压器端电压242.47～220 kV的范围，确定主变压器分接开关在236/20 kV较理想。

发电机机端电压变化范围：20kV*（242.47～220 kV）/236 kV =20.55～18.64 kV

高厂变分接开关：按20 kV /6.3 kV选取，厂用电率按国内同类型机组的平均水平 5.54%，即有功16.62MW ，cosΨ为0.8～0.85考虑，Uk=16%，ΔU=ß*sinΨ*Uk%=3.2%。

6 kV母线电压：6.3 kV *(（20.55～18.64 kV）/20kV-ΔU) =6.27～5.6

7 kV

低厂变分接开关：6KV厂用变压器按暗备用考虑，变压器负荷率ß为1/3左右，功率因数cosΨ为0.8～0.85，百分电抗Uk为4～10%，按10%计算，变压器内部压降ΔU=ß*sinΨ*Uk%=2%～2.5%。

照明变按6.3kV/400，严格控制照明负荷电压上限值，不得超过+5%，即400V。其他按6.15 kV /400，380V电机额定出力电压允许范围+10%～-5%，即418～361V，考虑到其他单相负荷对电压要求较严格，将400V母线电压控制在410～370V更合理，实际400V母线电压400*((6.27~ 5.67 kV)/6.15-ΔU)=400～360V，基本能满足各种负荷的要求。

这就需要选择主变分接开关位置以及高厂变、低厂变的分接开关位置以确保在各种方式下满足现场要求，尤其是6KV、400V母线电压在允许范围内。

3 发电机机端电压的确定

发电机机端电压由于受变压器的运行电压一般不应高于该运行分接额定电压的105%和发电机机端过励磁等有关保护限制，其上限电压为发电机额定电压20 kV的 105%，即21 kV。最低运行电压应根据稳定运行的要求来确定，不应低于额定值的90%。发电机运行电压的变动范围在额定电压的±5%以内而功率为额定值时，其额定容量不变。

因此，发电机在任何情况下（包括异常运行），机端电压均应控制在21 kV～ 18 kV之间，在正常运行方式下，将220 kV母线电压控制在合格范围时，机端电压20.55～ 18.64 kV，能满足现场实际需要，

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