6.6kV柴油發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行分析

楊光+戴永亮

摘 要：紅沿河核電6.6kV應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時，由于電網(wǎng)容量非常大，無論柴油發(fā)電機(jī)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(yùn)行的特點(diǎn)歸納如下：①柴油發(fā)電機(jī)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(jī)提供給電網(wǎng)的有功功率由柴油機(jī)的調(diào)速器的設(shè)定點(diǎn)決定；③柴油發(fā)電機(jī)提供給電網(wǎng)的無功功率由其勵磁電流控制。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)；并列；負(fù)載

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

0 引言

在CPR1000核電機(jī)組的核安全性要求下，為滿足核電機(jī)組冗余電源的可靠性要求，會定期對6.6kV柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)帶載試驗(yàn)，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(jī)組的調(diào)試與后期維護(hù)任務(wù)，滿足現(xiàn)場設(shè)備功能運(yùn)行可用，因此必須對柴油發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行過程進(jìn)行深入的研究分析，以達(dá)到現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)的要求。

1 6.6kV柴油發(fā)電機(jī)組參數(shù)簡介

CPR1000核電機(jī)組應(yīng)用的6.6kV應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)是隱極同步發(fā)電機(jī)，額定轉(zhuǎn)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(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行分析

當(dāng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組與6.6kV母線LHA/B并網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行，且500kV母線容量非常大，無論柴油發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)的頻率會保持在50Hz。柴油發(fā)電機(jī)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(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)過程，參見下圖1柴油發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)簡圖。柴油機(jī)是通過在主控室的同期小車900PP，將柴油機(jī)的出線開關(guān)LHA002JA閉合（并網(wǎng)點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)與電網(wǎng)并列運(yùn)行，當(dāng)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(jī)組的輸出端相當(dāng)于并聯(lián)在一起，所以要求各發(fā)電機(jī)組的頻率與電壓必須相同。

2.1 初始并網(wǎng)過程

當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組與6.6kV母線LHA并列運(yùn)行之前，同期并網(wǎng)操作人員會將發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整到比電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行頻率稍高一些的頻率運(yùn)行，并調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)的電壓差、相角差、頻差在允許并網(wǎng)范圍內(nèi)（ΔU：18V；Δf：0.25Hz；Δφ：20°），完成并網(wǎng)操作，并網(wǎng)成功后，實(shí)際上柴油發(fā)電機(jī)組是“懸浮”在線路上的，柴油發(fā)電機(jī)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(jī)組不是在稍高于系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)行并網(wǎng)，當(dāng)完成并網(wǎng)后， 發(fā)電機(jī)的空載頻率小于系統(tǒng)運(yùn)行頻率并入電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生負(fù)的有功，也就是說，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的空載頻率低于系統(tǒng)運(yùn)行頻率接入電網(wǎng)后，發(fā)電機(jī)實(shí)際上是作為電動機(jī)運(yùn)行而消耗系統(tǒng)有功功率，如果通過調(diào)速旋鈕將發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)至高于系統(tǒng)運(yùn)行頻率，這樣就可以保證發(fā)電機(jī)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(jī)組運(yùn)行，在柴油發(fā)電機(jī)組內(nèi)增設(shè)了逆功率保護(hù)（5%，2.4S）功能，如果出現(xiàn)并網(wǎng)后，柴油發(fā)電機(jī)吸收電網(wǎng)的有功功率，當(dāng)有功功率至315kW時，延時2.4s會發(fā)出跳機(jī)命令。使柴油發(fā)電機(jī)與LHA母線解列停機(jī)，以防止對柴油發(fā)電機(jī)組造成更大的傷害。

2.2 并網(wǎng)運(yùn)行過程分析

當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組并入LHA母線以后，調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速旋鈕LHP007CC，使之轉(zhuǎn)速增加，將會使柴油發(fā)電機(jī)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(jī)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(fù)載時柴油發(fā)電機(jī)頻率fG1對應(yīng)的有功功率為PG1，當(dāng)通過轉(zhuǎn)速旋鈕007CC增加柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至頻率至fG2時，由于系統(tǒng)頻率不會改變，柴油機(jī)發(fā)出的有功將會增大到fG2曲線所對應(yīng)的有功功率PG2，柴油發(fā)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速，頻率增加到fG3，所對應(yīng)的有功功率會增加到PG3。

由于發(fā)電機(jī)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?yàn)閯畲烹娏鞑蛔儯D(zhuǎn)子磁場不變，又因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，所以E保持不變，又因?yàn)橄到y(tǒng)電壓UT不變，由圖3可知，增加柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會使E·sinδ（δ為發(fā)電機(jī)繞組輸出電壓與電網(wǎng)系統(tǒng)電壓之間的相角）增加，其實(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速，將會再增大，同時有功功率也會進(jìn)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(dāng)柴油發(fā)電機(jī)剛并入LHA母線時，這時發(fā)電機(jī)實(shí)際上是運(yùn)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(jìn)行一定的勵磁調(diào)節(jié)過程，首先假設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組不執(zhí)行調(diào)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?yàn)椴裼蜋C(jī)的調(diào)速器的任意設(shè)定值對柴油機(jī)都有固定的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性，只有在調(diào)速設(shè)定值改變時柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性才會改變，而且柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)以后，頻率無法改變，現(xiàn)假設(shè)現(xiàn)場無調(diào)速操作，因此柴油發(fā)電機(jī)的有功功率會保持恒定。

在調(diào)節(jié)勵磁電流時，如果不進(jìn)行調(diào)速操作，發(fā)電機(jī)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(jī)繞組輸出電壓E將增大，而E·sinδ必須為恒值，因?yàn)橛泄β什蛔?，見圖4增加發(fā)電機(jī)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(yīng)的直線上移動。

由于勵磁電流Iex的增加，引起發(fā)電機(jī)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(jī)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(fù)，隨著勵磁電流Iex的增加，發(fā)電機(jī)輸出電流先減小后增加，使系統(tǒng)電壓UT超前電流I運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)變，同時發(fā)電機(jī)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(jī)的勵磁電流，就會使柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率增加。

3 結(jié)論

6.6kV柴油發(fā)電機(jī)組與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時，無論柴油發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)速都將保持恒定。