吳海霞

（云南電網(wǎng)有限責任公司昭通供電局，云南 昭通 657000）

0 引 言

相比以往160 Mvar的調(diào)相機，300 Mvar單機容量的調(diào)相機的無功補償能力更加顯著，能適用于現(xiàn)下電壓不穩(wěn)和電網(wǎng)無功環(huán)境，為我國電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障。為了加強300 Mvar調(diào)相機在我國電網(wǎng)事業(yè)中的重要輔助作用，還可針對繼電保護功能提出可行性整改建議，便于并網(wǎng)項目順利落實。

1 300 Mvar調(diào)相機的特點與原理

1.1 特 點

調(diào)相機作為電網(wǎng)運行的穩(wěn)固器，在電網(wǎng)并行項目中有著重要作用。通常情況下，調(diào)相機包含本體、冷卻系統(tǒng)、升壓變、啟動系統(tǒng)以及勵磁與控制保護系統(tǒng)等部分，結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先，由于調(diào)相機具備抗干擾性，實際應(yīng)用期間不易受系統(tǒng)電壓不穩(wěn)等因素影響而出現(xiàn)過載現(xiàn)象。其次，它具有較強的無功支撐能力，可在短時間內(nèi)快速生成200%的無功功率，從而使系統(tǒng)獲得充足的電壓。再次，300 Mvar調(diào)相機相比其他類型的調(diào)相機具有突出的無功調(diào)節(jié)能力，可滿足系統(tǒng)實際需求。最后，調(diào)相機具有長達30年的使用年限，且損耗率低于1.5%，具備成本低的特性，可為并網(wǎng)項目的開發(fā)帶來重要的輔助作用，從而打造高質(zhì)量的電網(wǎng)運行環(huán)境。

圖1 調(diào)相機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.2 原 理

以300 Mvar同步調(diào)相機為研究對象，啟動后轉(zhuǎn)動速度一般可驟然升至3 150 r/min，之后調(diào)相機將過渡到延緩轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，進而將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至3 000 r/min，以此達到強化勵磁的效果，以便順利進行并網(wǎng)操作。新一代300 Mvar調(diào)相機早在2017年9月份已被成功研發(fā)，雖然增擴了10%的體積，但有效改進了其整體動態(tài)性，適當提升了安全性。作為現(xiàn)下容量較大的一款并網(wǎng)發(fā)電機，它能展現(xiàn)出良好的無功補償功能，保障超高壓直流電的穩(wěn)定供應(yīng)。在實際運行期間，300 Mvar調(diào)相機常采用空轉(zhuǎn)形式實施無功補償。與傳統(tǒng)發(fā)電機相比，它無需任何原動機的輔助即可啟動[1]。另外，運行期間它還能進行自動調(diào)節(jié)，根據(jù)電壓調(diào)整勵磁電流數(shù)值，為電網(wǎng)帶來持續(xù)性無功功率的供應(yīng)。通常情況下，調(diào)相機在運行期間還能獲得最優(yōu)化運行狀態(tài)，從而保障電網(wǎng)較強的穩(wěn)定性。

2 300 Mvar調(diào)相機繼電保護的改進策略

2.1 科學制定繼電保護配置方案

在300 Mvar調(diào)相機繼電保護的改進過程中，傳統(tǒng)調(diào)相機采用的繼電保護方法為阻抗保護，而新型調(diào)相機理應(yīng)采用聯(lián)合式繼電保護方式對其實施保護，以免在實際運行期間影響其運行效果，其中應(yīng)參照母線電壓、機端電壓以及轉(zhuǎn)子電壓等數(shù)值驗證繼電保護性能。此種調(diào)相機并未生成有功功率，因此在與電網(wǎng)同步運行期間無需考慮失步故障。在繼電保護期間，需要根據(jù)300 Mvar調(diào)相機繼電保護需求制定可行性配置方案來輔助實踐工作。例如，在過負荷保護中實施勵磁電流保護，而在過流保護中可根據(jù)調(diào)相機運行原理對主變高壓或主變復壓實施過流保護，從而促使調(diào)相機能在配置后具備良好的繼電保護功能，使其發(fā)揮出突出的穩(wěn)固電網(wǎng)的作用[2]。

此外，還需根據(jù)300 Mvar調(diào)相機啟動環(huán)節(jié)產(chǎn)生的影響改進繼電保護功能。在調(diào)相機運行期間，它所獲取的動力來源于SFC裝置提供的電力。該裝置在運行期間顯現(xiàn)出低頻性特征，最大值不高于50 Hz，因此應(yīng)注重低頻對調(diào)相機的影響，以保證調(diào)相機在低頻運行期間依舊具有良好性能。一般可采用安裝頻率傳感器等方法，監(jiān)測低頻下形成的模擬電壓與電流數(shù)值，以保障實際運行期間的可靠性。300 Mvar調(diào)相機只有擁有科學的繼電保護配置方案，才能達到最優(yōu)化的繼電保護效果。因此，應(yīng)科學制定繼電保護配置方案。

2.2 優(yōu)化調(diào)相機繼電保護功能

2.2.1 差動保護

300 Mvar調(diào)相機繼電保護需要注重差動保護功能的完善，重點是定子繞組短路現(xiàn)象的防護，由此確保調(diào)相機在啟動環(huán)節(jié)不會出現(xiàn)閉鎖現(xiàn)象。差動保護功能與300 Mvar調(diào)相機的啟動模式、斷路器安裝情況有著密切關(guān)聯(lián)，此時相關(guān)人員應(yīng)保證調(diào)相機具有適合的斷路器裝置，防止超負荷運行引發(fā)危險。機端處還需要設(shè)置自動控制開關(guān)，否則有可能削弱調(diào)相機差動保護效果。差動保護實則是為了杜絕誤動現(xiàn)象，以保障電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。開關(guān)所處位置的不同會使差動保護功能存在差異。開關(guān)位置若臨近發(fā)電機端口處，理應(yīng)實施閉鎖差動保護。若位于電網(wǎng)系統(tǒng)臨近處，應(yīng)當先行閉合開關(guān)，然后根據(jù)電流差值確定是否開啟縱差保護，之后可在調(diào)相機正式運行后予以差動保護，從而在最大程度上強化繼電保護性能[3]。2.2.2 失磁保護

調(diào)相機中具有勵磁系統(tǒng)，能夠為其提供定子電源，一旦出現(xiàn)失磁現(xiàn)象，將導致電壓下降問題，從而嚴重破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，不利于獲得高質(zhì)量電能。300 Mvar調(diào)相機的失磁保護可采用安裝失磁保護裝置的方法，促使調(diào)相機能夠隨時應(yīng)對勵磁消失故障。由于該調(diào)相機所形成的電磁功率與勵磁電流、磁阻功率有著重要關(guān)聯(lián)，因此可以調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩，保證勵磁電流能夠符合調(diào)相機預期要求，避免在失磁故障下導致調(diào)相機無法提供無功功率而影響系統(tǒng)的運行質(zhì)量。在失磁保護配置階段，還可參照母線電壓等數(shù)值的變化情況判斷調(diào)相機是否發(fā)生失磁現(xiàn)象，然后提出可行性改進建議。

2.2.3 過流保護

300 Mvar調(diào)相機在實施繼電保護時需實施過流保護，以免出現(xiàn)短路故障。具體可采用復壓啟動模式，在調(diào)相機內(nèi)部安裝過流保護元件，從而達到最優(yōu)化保護效果。在過流保護操作中，相關(guān)人員需全面了解調(diào)相機故障類型，以此降低內(nèi)外部短路故障發(fā)生率，展現(xiàn)300 Mvar調(diào)相機的優(yōu)勢。此外，若過流保護中傾向于內(nèi)部防護，此時無需實施電流記憶措施，以降低后續(xù)限制調(diào)相機啟動行為的發(fā)生率。

2.3 合理設(shè)計多并聯(lián)支路繞組

300 Mvar調(diào)相機可應(yīng)用于高海拔電網(wǎng)建設(shè)項目中，此時可利用多并聯(lián)支路繞組方法增加其實用性，進而優(yōu)化繼電保護功能，最大化地擴大300 Mvar調(diào)相機的應(yīng)用范圍。在具體接線期間，需按照圖2的效果圖設(shè)置接線方案，以便調(diào)相機擁有良好的推廣前景。一方面，需明確300 Mvar調(diào)相機各項參數(shù)，選出最優(yōu)化方案。另一方面，可通過對比電動勢不對稱度的方法控制基波頻率，為調(diào)相機的應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。

圖2 多并聯(lián)支路繞組接線效果圖

300 Mvar調(diào)相機作為單機的容量為300 Mvar，額定電壓為20 kV，頻率保持在50 Hz。定子槽數(shù)與繞組節(jié)距分別為72和29的調(diào)相機，在設(shè)計接線方案時應(yīng)避免線圈交叉，可通過標記確定定子繞組方向，促使調(diào)相機在并聯(lián)下具有較強的運行穩(wěn)定性。在對比電動勢不對稱度時，發(fā)現(xiàn)電動勢不對稱度在定子槽數(shù)增加時呈現(xiàn)下降趨勢。此時，可根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)實際需求確定槽數(shù)數(shù)值。

2.4 注重變壓器防干擾追蹤效果

300 Mvar調(diào)相機繼電保護功能的完善可從變壓器防干擾追蹤效果方面進行改進，具體包括頻率追蹤和諧波追蹤兩個部分。

2.4.1 頻率追蹤

在調(diào)相機運行時，為了確保頻率追蹤結(jié)果更準確，應(yīng)實施防干擾措施。例如，需以20 Hz為基準將其頻率劃分為兩個部分，然后分別采用濾波器過濾諧波，之后觀察調(diào)相機響應(yīng)時間的變化，由此總結(jié)出頻率變化特征，以便采用對應(yīng)的繼電保護優(yōu)化措施。

2.4.2 諧波追蹤

在諧波追蹤期間可開展仿真試驗，將試驗條件設(shè)定為短路故障，之后利用PW466型號的繼電保護測試儀記錄此環(huán)節(jié)調(diào)相機的頻率和相間電壓基波有效值，記錄結(jié)果如表1所示，由此找到調(diào)相機出現(xiàn)繼電保護失效現(xiàn)象的原因。一般在啟動后將出現(xiàn)3次諧波，應(yīng)根據(jù)諧波出現(xiàn)的周期確定諧波出現(xiàn)時故障特征顯示的時間，以便在此時間內(nèi)加強繼電保護，從而有針對性地實現(xiàn)調(diào)相機的有效防護。

表1 PW466型號繼電保護測試儀防干擾測試結(jié)果

3 結(jié) 論

綜上所述，300 Mvar調(diào)相機作為單機容量較大的一種電網(wǎng)并行發(fā)電機，能穩(wěn)固我國電網(wǎng)，提升電能質(zhì)量。因此，應(yīng)充分結(jié)合當前電網(wǎng)運行需求，從繼電保護配置方案、繼電保護功能、多并聯(lián)支路繞組以及變壓器防干擾追蹤等方面著手，強化300 Mvar調(diào)相機繼電保護的實用性，最大化加快電網(wǎng)并行項目的推行速度，進而營造良好的供電環(huán)境。