楊光+戴永亮

摘 要：紅沿河核電6.6kV應急柴油發(fā)電機組與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，由于電網(wǎng)容量非常大，無論柴油發(fā)電機組流入還是流出多大的有功和無功功率，電網(wǎng)的電壓和頻率都將保持恒定不變；其并網(wǎng)運行的特點歸納如下：①柴油發(fā)電機組的頻率和電壓由他所連接的LHA系統(tǒng)的6.6kV母線電壓和頻率決定；②柴油發(fā)電機提供給電網(wǎng)的有功功率由柴油機的調速器的設定點決定；③柴油發(fā)電機提供給電網(wǎng)的無功功率由其勵磁電流控制。

關鍵詞：并網(wǎng)；并列；負載

中圖分類號： TM314 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）05-181-2

0 引言

在CPR1000核電機組的核安全性要求下，為滿足核電機組冗余電源的可靠性要求，會定期對6.6kV柴油發(fā)電機組進行并網(wǎng)帶載試驗，以確保柴油發(fā)電系統(tǒng)一直處于可用狀態(tài)，為了能更好地完成現(xiàn)場柴油發(fā)電機組的調試與后期維護任務，滿足現(xiàn)場設備功能運行可用，因此必須對柴油發(fā)電機組的并網(wǎng)運行過程進行深入的研究分析，以達到現(xiàn)場運行維護的要求。

1 6.6kV柴油發(fā)電機組參數(shù)簡介

CPR1000核電機組應用的6.6kV應急柴油發(fā)電機是隱極同步發(fā)電機，額定轉速1000rpm，額定電壓6.6kV，頻率50Hz，額定功率6.3MW，功率因數(shù)0.8。

2 6.6kV柴油發(fā)電機組并網(wǎng)運行分析

當應急柴油發(fā)電機組與6.6kV母線LHA/B并網(wǎng)運行后，由于6.6kV母線LHA通過6.6kV母線LGB到LGA升壓至24kV再通過主變壓器GEV升壓至500kV與電網(wǎng)并聯(lián)運行，且500kV母線容量非常大，無論柴油發(fā)電機組流入還是流出多少有功或無功功率，電網(wǎng)的電壓和頻率都將保持不變，而且柴油發(fā)電機組的頻率和電壓會與電網(wǎng)電壓和頻率相同。柴油發(fā)電機的頻率會保持在50Hz。柴油發(fā)電機的輸出端電壓會與系統(tǒng)電壓相同保持在并網(wǎng)后的系統(tǒng)電壓，一般在6.6kV左右。

為理解柴油發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)過程，參見下圖1柴油發(fā)電機組的并網(wǎng)簡圖。柴油機是通過在主控室的同期小車900PP，將柴油機的出線開關LHA002JA閉合（并網(wǎng)點），實現(xiàn)柴油機與電網(wǎng)并列運行，當柴油發(fā)電組與LHA母線并聯(lián)時，由于LHA母線與電網(wǎng)中的所有發(fā)電機組的輸出端相當于并聯(lián)在一起，所以要求各發(fā)電機組的頻率與電壓必須相同。

2.1 初始并網(wǎng)過程

當柴油發(fā)電機組與6.6kV母線LHA并列運行之前，同期并網(wǎng)操作人員會將發(fā)電機的頻率調整到比電網(wǎng)系統(tǒng)運行頻率稍高一些的頻率運行，并調整柴油發(fā)電機的電壓差、相角差、頻差在允許并網(wǎng)范圍內（ΔU：18V；Δf：0.25Hz；Δφ：20°），完成并網(wǎng)操作，并網(wǎng)成功后，實際上柴油發(fā)電機組是“懸浮”在線路上的，柴油發(fā)電機組產(chǎn)生很少的有功功率，產(chǎn)生很小或者不產(chǎn)生無功功率。

如果柴油發(fā)電機組不是在稍高于系統(tǒng)運行頻率的情況下執(zhí)行并網(wǎng)，而是在稍低于系統(tǒng)頻率的情況下進行并網(wǎng)，當完成并網(wǎng)后， 發(fā)電機的空載頻率小于系統(tǒng)運行頻率并入電網(wǎng)，發(fā)電機產(chǎn)生負的有功，也就是說，當柴油發(fā)電機的空載頻率低于系統(tǒng)運行頻率接入電網(wǎng)后，發(fā)電機實際上是作為電動機運行而消耗系統(tǒng)有功功率，如果通過調速旋鈕將發(fā)電機的頻率調至高于系統(tǒng)運行頻率，這樣就可以保證發(fā)電機組并入6.6kV母線LHA后能夠提供有功功率，而不是消耗有功功率。為防止柴油發(fā)電組作為電動機組運行，在柴油發(fā)電機組內增設了逆功率保護（5%，2.4S）功能，如果出現(xiàn)并網(wǎng)后，柴油發(fā)電機吸收電網(wǎng)的有功功率，當有功功率至315kW時，延時2.4s會發(fā)出跳機命令。使柴油發(fā)電機與LHA母線解列停機，以防止對柴油發(fā)電機組造成更大的傷害。

2.2 并網(wǎng)運行過程分析

當柴油發(fā)電機組并入LHA母線以后，調節(jié)柴油發(fā)電機的轉速旋鈕LHP007CC，使之轉速增加，將會使柴油發(fā)電機的空載頻率升高，因并網(wǎng)以后的頻率是不能改變的，因此發(fā)電機提供的有功功率會增加，見圖2并網(wǎng)后有功功率增加的有功—頻率特性曲線與圖3頻率—有功特性向量圖。

根據(jù)上圖2中的頻率—有功特性曲線，初始帶負載時柴油發(fā)電機頻率fG1對應的有功功率為PG1，當通過轉速旋鈕007CC增加柴油發(fā)電機的轉速至頻率至fG2時，由于系統(tǒng)頻率不會改變，柴油機發(fā)出的有功將會增大到fG2曲線所對應的有功功率PG2，柴油發(fā)電機的輸出功率從PG1增加到PG2，同理，如果繼續(xù)增加柴油發(fā)電機的轉速，頻率增加到fG3，所對應的有功功率會增加到PG3。

由于發(fā)電機的有功功率P=UT·E·sinδ/XS，單繞組的輸出電壓E=·Π·NC·Φ·f，又因為勵磁電流不變，轉子磁場不變，又因為發(fā)電機轉速不變，所以E保持不變，又因為系統(tǒng)電壓UT不變，由圖3可知，增加柴油發(fā)電機的轉速會使E·sinδ（δ為發(fā)電機繞組輸出電壓與電網(wǎng)系統(tǒng)電壓之間的相角）增加，其實也就是δ增加，這樣有功功率就會增大。如果繼續(xù)增加發(fā)電機轉速，將會再增大，同時有功功率也會進一步增大。由于電網(wǎng)可以提供和消耗任意有限量的有功功率而仍保持頻率不變，所以超出的有功功率會被電網(wǎng)消耗掉。

當柴油發(fā)電機剛并入LHA母線時，這時發(fā)電機實際上是運行在功率因數(shù)略微超前的狀態(tài)，會從電網(wǎng)吸收一部分無功功率，為使功率因數(shù)保持在0.8，為電網(wǎng)發(fā)出適量的無功功率，就需要進行一定的勵磁調節(jié)過程，首先假設柴油發(fā)電機組不執(zhí)行調速操作，則有功功率將保持不變，有功功率保持不變的理由是因為柴油機的調速器的任意設定值對柴油機都有固定的轉矩—轉速特性，只有在調速設定值改變時柴油發(fā)電機的轉矩—轉速特性才會改變，而且柴油發(fā)電機組并網(wǎng)以后，頻率無法改變，現(xiàn)假設現(xiàn)場無調速操作，因此柴油發(fā)電機的有功功率會保持恒定。

在調節(jié)勵磁電流時，如果不進行調速操作，發(fā)電機產(chǎn)生的有功功率保持恒定，這時增大勵磁電流，磁通Φ增加，由于E=·Π·NC·Φ·f，所以發(fā)電機繞組輸出電壓E將增大，而E·sinδ必須為恒值，因為有功功率不變，見圖4增加發(fā)電機勵磁電流的向量圖，則向量E的尖端只能在一條與恒定有功功率對應的直線上移動。

由于勵磁電流Iex的增加，引起發(fā)電機電樞電壓E增加，引起E與UT之間的夾角δ（簡稱功角）減小，從而使E·sinδ保持不變，有功功率保持在恒定值。由于并網(wǎng)初期，發(fā)電機會從電網(wǎng)吸收一定的無功功率Q=U·I·sinθ，（θ為UT與I的夾角），電流I超前系統(tǒng)電壓UT，所以無功功率為負，隨著勵磁電流Iex的增加，發(fā)電機輸出電流先減小后增加，使系統(tǒng)電壓UT超前電流I運行，柴油發(fā)電機將從電網(wǎng)吸收無功功率的過程，向電網(wǎng)發(fā)出無功功率的過程轉變，同時發(fā)電機的輸出電流與無功功率也將繼續(xù)增加。因此增加柴油發(fā)電機的勵磁電流，就會使柴油發(fā)電機發(fā)出的無功功率增加。

3 結論

6.6kV柴油發(fā)電機組與大電網(wǎng)并聯(lián)運行時，無論柴油發(fā)電機組對電網(wǎng)輸出多大的有功功率與無功功率，系統(tǒng)的頻率與轉速都將保持恒定。