发电机励磁系统与黑启动_竺士章

发电机励磁系统与黑启动

图1宁波-舟山黑启动系统图

摘要:探讨了黑启动有关励磁系统需要考虑的因素;电压调节范围、励磁控制方式、自励磁、投线路的电压超调、发电机进相能力、低励限制、同期参数、弱网的小干扰和大干扰稳定性等,解决了用P SASP 程序计算自励磁边界和投线路的电压计算问题。针对宁波电网和舟山电网黑启动方案进行具体计算,提出了建议。

关键词:黑启动;励磁系统;自励磁

Abstract :Some factors of excitation system relating black start are here discussed ,such as range of volt -a g e r e g ulatin g ,control mode of excitation ,self _excitation ,over _re g ulatin g of volta g e for p ut _in lin e ,

p hase _in o p eration of g en erator ,low excitation limited ,s y nchronous p arameter ,small _disturbance and large _disturbance stab ility of weak network and so on .And the problem of calculating self _excitation bound -ary point as well as calculating voltage on put _in lin e with PS ASP pr ogram is solved .Also ,some sugges -tions are g iven and s p ecific calculation of black start p ro j ect are made for Nin g bo and Zhoushan network .K e y Wo rds :black start ;excitation s y stem ;self _excitation

中图分类号:TM761.11

文献标识码:A

文章编号:1007-1881(2003)06-0005-05

竺士章

(浙江省电力试验研究所,浙江

杭州

310014)

Excitation S y stem of Generator and Black Start

0概述

浙江省电力系统已经完成黑启动方案研究

[1]

。

根据该方案,宁波溪口地区的黑启动方案是由宁蓄电站(溪口抽水蓄能机组)投镇海燃机方向线路,向镇海燃机提供厂用电,启动镇海燃机;舟山地区由舟山电厂(汽轮发电机)投镇海燃机方向线路,完成与大陆电网并列。见图1。

上海交通大学和华东电力调度在研究报告[2]

中

指出黑启动需要关注:自励磁、合闸过电压(持续工频地电压、操作过电压和谐振过电压)、暂态稳定、带负荷速度、小干扰稳定性、电压频率控制等。作者进行了EMTP 合闸计算、按照自励磁稳定边界进行自励磁计算和弱网的暂态稳定计算。

华北电网进行了黑启动研究

[3]

。应用RTDS 进

行过电压和自励磁的数字仿真计算,提出了控制

系统电压、检验无功运行稳定、过电压保护投入、同期点选择等计算结论。现场试验检验了合闸过电压、自励磁、铁磁谐振、频率电压控制稳定性等。

华北电力试验研究院计算自励磁采用两种方法:X c ≤1.2(X d +X T )和Q c ≥KS n 。式中X c 为外部容抗,X d 为发电机同步电抗,X T 为主变漏抗,Q c 为充电容量,K 为发电机电路比,S n 为发电机额定容量。

上海交通大学和华东电力调度在研究报告

[2

]

中计算自励磁边界采用:

(X c-X d+X q

2)2+R2=(X d-X q

2

)2

式中X c—外部容抗;

X d—发电机直轴同步电抗;

X q—发电机横轴同步电抗;

R—发电机和线路等值电阻。

该式表示在X-R坐标系中一个圆,圆心在

(X c-X d+X q

2,R),半径为(X d-X q

2

)。

本文提出了发电机励磁系统对于黑启动一般性需要考虑的若干方面,进行了自励磁计算、合闸工频过电压计算、线路末端电压计算、小干扰稳定性计算,提出了开机台数、发电机电压值和投线路数建议,以及提出了励磁系统低励限制要求和设置线路过电压保护的建议。主要特点是(1)解决了PSASP程序不能直接计算合空载线路问题;(2)提出了使用PSASP计算自励磁的方法;

(3)提出了黑启动需要考虑的有关励磁系统的问题和其他附带问题;(4)给出宁波-舟山不同黑启动方式的具体条件。

1黑启动需要考虑的与发电机励磁系统有关的因素

(1)发电机电压调节范围。电压调节器给定调节范围一般为±10%额定电压。为了迅速启动,

尽量满足在此范围内并列。

(2)励磁调节方式。当励磁调节器有双自动通道时可以不考虑手动方式的使用;当调节器装备一个自动和一个手动通道时需要考虑在自动通道故障时使用手动通道。一个系统中必须有足够的运行于自动方式的机组。

(3)同期闭锁范围。通用的范围是±10%额定电压。

(4)发电机的进相能力。不同的发电机有不同的进相能力,应当与机组进相极限保持一定的余量,任何情况不超出机组进相极限。

(5)励磁调节器的低励限制。在投空载长线时发电机需要吸收线路无功,如果吸收的无功达到低励限制动作值将引起励磁增加———电压增加———线路容性无功增加———低励限制继续动作的正反馈过程,最后导致过电压。因此需要了解黑启动过程中机组进相情况,了解与原来设定的低励限制有无冲突,确定对低励限制的处理方法。如果黑启动时发电机进相程度小于低励限制值,且有一定余量,则不必为黑启动临时改变低励限制值,因而有利于快速开机。如有冲突,一般以退出低励限制为好。

(6)采用减少出线回路数、减少一次投线路的长度、切除不必要的线路、减少供电端的电压等手段控制线路和电厂电压在一定的范围,以保证供出机组厂用电、接受机组厂用电以及全线的绝缘在正常安全的范围内。由于黑启动系统建立阶段时间不长(1-3h),权衡系统建立时间与线路投运路径、长度、回路数和必须携带负荷的电压许可范围来确定的线路和发电机电压范围,可以略高于正常范围。

(7)接入地方感性负荷以减少线路容性的影响。同时要考虑负荷接入点的电压不能越出规定的范围,以免影响负荷正常工作。

(8)为了迅速启动,争取实现单台机、单回路送出方案。

(9)自励磁。当发电机容性负荷达到某值以上时,容性电流产生的助磁引发电机电压升高大于励磁控制电压的作用,升高的发电机电压又引起容性电流增长,如此正反馈造成发电机电压不可抑制地升高,破坏了系统的稳定性。自励磁由系统参数决定。自励磁与运行电压有关,当运行电压高时发电机饱和,电抗值下降,容易激发自励磁。增强系统无功负荷将消除自励磁,增加系统有功负荷对自励磁无明显影响。

(10)励磁失去对发电机电压控制作用的另一种情况是,因为容性电流过大,发电机励磁电压接近于零从而失去了对发电机电压的控制作用。只要不满足自励磁条件,这种情况会引起发电机电压偏高,但不会形成发电机电压正反馈。增加感性负荷可以改善励磁对电压的控制作用。

(11)控制投空载长线发电机电压最大值小于110%额定电压。控制的方法可以是减少线路长度,减少线路并联数和降低发电机电压。

(12)小干扰稳定性。计算黑启动初期弱联系网络的小干扰稳定性情况,确定是否需要投入电力系统稳定器PSS。

(13)暂态稳定性分析和投切负荷分析。