錢厚軍，吳舜華，張曉偉，張 旭，蔣 軍

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，已基本形成高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸送的現(xiàn)代化電網(wǎng)規(guī)模。由于高壓輸電線路和電纜的數(shù)量和長(zhǎng)度的增加，線間和線對(duì)地的電容也相應(yīng)增大，從而引起系統(tǒng)電容電流以及容性無功功率的增長(zhǎng)。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度考慮，在節(jié)假日和系統(tǒng)負(fù)荷處于低谷期間利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)在不影響有功功率的同時(shí)，適當(dāng)吸收系統(tǒng)過剩的無功功率，達(dá)到平衡系統(tǒng)無功功率和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的目的，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

秦山一期30萬千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)作為最早投入商用的核電機(jī)組，1991年首次并網(wǎng)發(fā)電，1993年進(jìn)行了第一次進(jìn)相試驗(yàn)，2018年機(jī)組增容(至350 MW)后進(jìn)行了第二次進(jìn)相試驗(yàn)。兩次試驗(yàn)內(nèi)容基本相同，但試驗(yàn)背景發(fā)生較大變化。本文結(jié)合電網(wǎng)及電廠的發(fā)展，介紹兩次進(jìn)相試驗(yàn)的方法及條件，對(duì)本次進(jìn)相深度進(jìn)行計(jì)算，對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析評(píng)價(jià)，得出增容后發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力增強(qiáng)的結(jié)論。

1 進(jìn)相運(yùn)行工作點(diǎn)計(jì)算

1.1 系統(tǒng)、設(shè)備參數(shù)計(jì)算(2018)

(1)發(fā)電機(jī)同步電抗計(jì)算

增容后發(fā)電機(jī)視在容量SN=389 MVA，有功PN=350 MW，功率因數(shù)cosφ=0.9(滯后)，機(jī)端電壓UN=18 kV，發(fā)電機(jī)同步電抗Xd*=2.474。發(fā)電機(jī)同步電抗一次值Xd計(jì)算如下：

Xd=Xd*×UN2/SN=2.060 6

(2)主變電抗計(jì)算

主變壓器容量SN=400 MVA,高壓側(cè)電壓UHN=236 kV，低壓側(cè)電壓ULN=18 kV，短路阻抗UK*=0.14。主變電抗一次值XT為：

XT=Uk*×ULN2/SN=0.1134

(3)系統(tǒng)阻抗計(jì)算

將系統(tǒng)(不含電廠220 kV 1號(hào)發(fā)變機(jī)組)對(duì)秦山一期的系統(tǒng)阻抗為歸算至秦山一期1號(hào)變220 kV母線上的阻抗，為一點(diǎn)值，系統(tǒng)為無限容量；220 kV母線至主變的線路阻抗、主變至發(fā)電機(jī)的阻抗忽略不計(jì)；等值阻抗標(biāo)幺值計(jì)算取基準(zhǔn)容量Sj=1000 MVA，系統(tǒng)最大正常運(yùn)行方式下系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值XS*=0.135。系統(tǒng)阻抗XS為：

XS=XS*×UN2/SN=0.043 73

根據(jù)上述計(jì)算參數(shù)，可繪制出系統(tǒng)阻抗圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主接線及等值網(wǎng)絡(luò)圖

1.2 進(jìn)相深度

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，隱極發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定圓數(shù)學(xué)方程為：P2+[Q+c]2=r2，如圖2所示。

圖2 發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓

式中，P——有功功率；Q——進(jìn)相無功功率；c——圓心(縱軸截距)；r——半徑.

結(jié)合秦山一期發(fā)電機(jī)特性及系統(tǒng)參數(shù)，機(jī)端電壓為0.9UN時(shí)，可得：c=772，r=899。

1.3 滿足動(dòng)穩(wěn)、靜穩(wěn)條件的最大進(jìn)相運(yùn)行工作點(diǎn)計(jì)算

根據(jù)上述各計(jì)算公式，計(jì)算出最大進(jìn)相運(yùn)行工作點(diǎn)，并根據(jù)文獻(xiàn)[3]，列出兩次進(jìn)相試驗(yàn)的目標(biāo)工作點(diǎn)，見表1。

表1 進(jìn)相運(yùn)行工作點(diǎn)計(jì)算值

2 進(jìn)相試驗(yàn)?zāi)康?、限制條件、試驗(yàn)方法及安全措施

2.1 進(jìn)相試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

對(duì)發(fā)電機(jī)開展進(jìn)相試驗(yàn)的目的：通過理論計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)，探明發(fā)電機(jī)的實(shí)際進(jìn)相能力，為勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制與發(fā)變組保護(hù)整定計(jì)算提供參考，同時(shí)也將試驗(yàn)結(jié)果提供給電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)。

2.2 進(jìn)相試驗(yàn)限制條件

開展進(jìn)相試驗(yàn)應(yīng)首先確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，主要限制條件如下：

1)發(fā)電機(jī)電壓不低于0.9UN，即16.2 kV；發(fā)電機(jī)功角不大于70°；發(fā)電機(jī)各部位溫度不大于120°；

2)220 kV母線電壓控制在不低于215 kV(1993年)，225～235 kV之間(2018年)；

3)6 kV廠用電電壓不低于5.9 kV，380 V廠用電電壓不低于350 V。

2.3 進(jìn)相試驗(yàn)方法

1)試驗(yàn)前確認(rèn)并記錄各項(xiàng)參數(shù)，包括發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率、定子電壓、定子電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、220 kV 母線電壓、發(fā)電機(jī)功角。

2)滿功率情況下進(jìn)相試驗(yàn)：保持機(jī)組滿功率不變，緩慢調(diào)節(jié)勵(lì)磁，逐漸減小勵(lì)磁電流使發(fā)電機(jī)無功功率逐步下降，當(dāng)觸發(fā)限制條件時(shí)停止，而不必追求達(dá)到目標(biāo)值。保持穩(wěn)定運(yùn)行1～2 h，在這期間測(cè)量記錄電氣量、功角、定子線圈、鐵心溫度、風(fēng)溫。試驗(yàn)開始后15 min測(cè)量記錄一次，發(fā)電機(jī)各部位溫度趨向穩(wěn)定之后每5 min測(cè)量一次，發(fā)電機(jī)各部位溫度不再上升或不再變化即可認(rèn)為該工況溫度已穩(wěn)定。該工況結(jié)束后，增加勵(lì)磁電流使發(fā)電機(jī)恢復(fù)滯相運(yùn)行。

3)75%、50%功率情況下進(jìn)相試驗(yàn)：保持機(jī)組75%、50%功率不變，試驗(yàn)方法同上。

2.4 進(jìn)相試驗(yàn)安全措施

核電廠的任務(wù)是在確保核安全基礎(chǔ)上穩(wěn)定發(fā)電，對(duì)核電機(jī)組開展進(jìn)相試驗(yàn)應(yīng)更加保守謹(jǐn)慎，要特別關(guān)注以下安全措施。

1)進(jìn)相試驗(yàn)期間盡量維持電網(wǎng)電壓，確保進(jìn)相深度最大時(shí)電廠各母線電壓在規(guī)定范圍內(nèi)，確保核安全相關(guān)設(shè)備的可靠運(yùn)行；

2)條件允許時(shí)，盡可能安排試驗(yàn)按功率平臺(tái)下降開展，這種情況下發(fā)電機(jī)各部位熱量能得到較好的冷卻；

3)核電機(jī)組的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器必須投入運(yùn)行，試驗(yàn)之前確保AVR已進(jìn)行維護(hù)且功能、性能正常，以提高機(jī)組的穩(wěn)定性。減小勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行工況時(shí)，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，尤其在接近試驗(yàn)工況的進(jìn)相無功功率數(shù)值時(shí)更應(yīng)細(xì)調(diào)，以免調(diào)節(jié)過頭。調(diào)節(jié)過程中隨時(shí)注意功角的變化，若發(fā)現(xiàn)功角自行增大，則應(yīng)立即增加勵(lì)磁電流以免發(fā)電機(jī)失步；

4)在進(jìn)相試驗(yàn)過程中，發(fā)電機(jī)各電氣量和冷風(fēng)溫度要求保持穩(wěn)定，以免試驗(yàn)時(shí)間不必要的延長(zhǎng)；

5)任何試驗(yàn)工況下，定子鐵心磁屏蔽溫度不能超過限額，否則應(yīng)增加勵(lì)磁電流、減小進(jìn)相無功；

6)試驗(yàn)時(shí)萬一滑極失步，應(yīng)中斷試驗(yàn)，立即采取增加勵(lì)磁電流、投入PSS、減小有功輸出等措施恢復(fù)機(jī)組穩(wěn)定，如采取拉入同步措施無效，由試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人向值長(zhǎng)發(fā)出處理指令(停機(jī))。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

表2列出了兩次進(jìn)相試驗(yàn)實(shí)際結(jié)果，分析評(píng)價(jià)如下。

表2 進(jìn)相試驗(yàn)實(shí)際結(jié)果

3.1 進(jìn)相能力分析

1993年試驗(yàn)結(jié)果表明，在70%功率情況下能夠進(jìn)相54 MVar，在50%功率情況下能夠進(jìn)相58 MVar。

2018年試驗(yàn)結(jié)果表明，在滿功率情況下能夠進(jìn)相54 MVar，在75%功率情況下能夠進(jìn)相76 MVar，在50%功率情況下能夠進(jìn)相98 MVar。

3.2 首先觸發(fā)的限制條件

1993年進(jìn)相試驗(yàn)首先觸發(fā)的限制條件是：發(fā)電機(jī)電壓。

2018年進(jìn)相試驗(yàn)首先觸發(fā)的限制條件是：發(fā)電機(jī)功角。

3.3 分析與評(píng)價(jià)

兩次進(jìn)相試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)各部位溫升均有較大裕量，風(fēng)溫、水溫基本無變化。

2018年開展的進(jìn)相試驗(yàn)結(jié)果，與進(jìn)相能力分析計(jì)算結(jié)果相比，較為接近，見圖2中曲線2所示。而1993年進(jìn)相試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相比還有較大差距，主要是由當(dāng)時(shí)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)所決定的，1993年進(jìn)相試驗(yàn)過程中，發(fā)電機(jī)電壓(及廠用電電壓)是影響發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度的主要條件。這與秦山核電廠當(dāng)時(shí)所處華東電網(wǎng)中的位置有關(guān)。1993年秦山核電廠處于華東電網(wǎng)的負(fù)荷中心，周圍無大型發(fā)電廠，當(dāng)秦山核電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，秦山廠所需的大量無功無法就近補(bǔ)償，需遠(yuǎn)距離輸送，必然造成220 kV 母線電壓、發(fā)電機(jī)電壓及廠用電電壓大幅度下降。

與1993年相比，2018年發(fā)電機(jī)采用新技術(shù)實(shí)施了增容改造，同時(shí)經(jīng)過25年的發(fā)展，浙江省電網(wǎng)裝機(jī)容量由980萬kW增加到9565萬kW，已形成超高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸送的現(xiàn)代化電網(wǎng)的規(guī)模。2018年開展進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)，無功基本實(shí)現(xiàn)就近平衡，220 kV 母線電壓、發(fā)電機(jī)電壓及廠用電電壓雖有所下降但已不是首先觸發(fā)的限制條件，發(fā)電機(jī)功角成了首先觸發(fā)的限制條件。發(fā)電機(jī)增容改造以及電網(wǎng)容量擴(kuò)張，使得發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力增強(qiáng)，可為電網(wǎng)做出更大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)束語

在對(duì)時(shí)隔25年開展的兩次發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)開展分析后，指出了電網(wǎng)發(fā)展和設(shè)備性能提升后進(jìn)相試驗(yàn)限制因素的變化。試驗(yàn)證明，秦山一期發(fā)電機(jī)增容改造后進(jìn)相能力增強(qiáng)。隨著電網(wǎng)進(jìn)一步的規(guī)劃及發(fā)展，長(zhǎng)距離輸電和無功補(bǔ)償裝置增加帶來的無功過剩問題也將日益顯著。利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行解決該問題將會(huì)成為主流方案，但對(duì)于核電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行還需謹(jǐn)慎保守為先，本文提出的發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力分析計(jì)算和進(jìn)相試驗(yàn)安全措施可供核電同行參考。